1、.1植被輻射模型上機課程植被輻射模型上機課程焦全軍焦全軍植被輻射傳輸過程400-2500nm400-2500nm：地表反射率地表反射率. 花青素anthocyanins 類胡蘿卜素carotenoids 葉黃素 brown pigments 葉綠素 chlorophylls葉片光譜受到葉片色素的影響植被患病變色植被患病變色描述輻射傳播，與地物發生相互作用（吸收、散射、發描述輻射傳播，與地物發生相互作用（吸收、散射、發射等）的過程。射等）的過程。構建了地物理化、結構的特性與地物輻射特性的關系。構建了地物理化、結構的特性與地物輻射特性的關系。植被參數植被參數正演正演Meroni, M., R. C

2、olombo, et al. (2004). Inversion of a radiative transfer model with hyperspectral observations for LAI mapping in poplar plantations. Remote Sensing of Environment 92: 195-206.（1）反演植被參數）反演植被參數Meroni, et al. (2004)基于DAIS航空高光譜影像，利用PROSAIL模型，反演了植被LAI參數。Zarco-Tejada, P. J., J. R. Miller, et al. (2004).

3、Hyperspectral indices and model simulation for chlorophyll estimation in open-canopy tree crops. Remote Sensing of Environment 90(4): 463-476.（2） 模型正演的應用模型正演的應用Zarco-Tejada, et al. (2004)利用植被遙感模型模擬光譜，比較不同植被指數的性能。植被參數植被參數植被遙感植被遙感模型模型遙感光譜遙感光譜模擬結果模擬結果1）調整某一個參數）調整某一個參數 2）查看參數調整帶來的模擬結）查看參數調整帶來的模擬結果變化；果變化

4、；3）進而發現敏感參數、及對應）進而發現敏感參數、及對應的敏感波段；的敏感波段；4）優選植被指數等）優選植被指數等 葉綠素葉綠素 可見光可見光-近紅外吸收？特征？近紅外吸收？特征？ 葉片水分葉片水分 近紅外近紅外-短波紅外吸收？特征？短波紅外吸收？特征？ 葉片干物質葉片干物質 短波紅外吸收？特征？短波紅外吸收？特征？ 葉面積指數對植被光譜的影響葉面積指數對植被光譜的影響 ? 波段范圍？強度波段范圍？強度如何？如何？ 掌握幾種流行的植被冠層光譜模型，分析掌握幾種流行的植被冠層光譜模型，分析不同參數對應的光譜特征。不同參數對應的光譜特征。 簡單來說：簡單來說：1）調參數：調參數：固定其他參數不變，

5、改變一個參數的設固定其他參數不變，改變一個參數的設置；置；（模型軟件輸入）（模型軟件輸入）2）轉模型：轉模型：獲得不同參數對應的光譜數據集獲得不同參數對應的光譜數據集；（模（模型軟件輸出文本文件）型軟件輸出文本文件）3）敏感性分析：敏感性分析：分析參數變化帶來的光譜變化。分析參數變化帶來的光譜變化。（文本文件導入（文本文件導入EXCEL ，在，在EXCEL表里面展示、分析）表里面展示、分析）第一種方式：使用第一種方式：使用EXCEL直接打開文本文件，輸入分列符號設置，進行分列直接打開文本文件，輸入分列符號設置，進行分列第二種方式：第二種方式：COPY文本進入文本進入EXCEL，利用分列工具，對

6、數據進行分列，利用分列工具，對數據進行分列.（Jacquemoud,1990）（Dawson et al, 1998）（Verhoef, 1984）(Chen J M,1997 ）.（Jacquemoud,1990）（Dawson et al, 1998）.（Verhoef, 1984）(Chen J M, 1997）.TAR鮮葉片和干葉片的反射率光譜（鮮葉片和干葉片的反射率光譜（R）和透過率光譜（）和透過率光譜（T）干枯葉片干枯葉片一般認為，一般認為，葉片的反射和透射率光譜葉片的反射和透射率光譜，是由，是由葉片組分葉片組分的的吸收吸收和散射和散射功能決定的。功能決定的。葉片主要組分：葉片主要

7、組分：葉綠素，類胡蘿卜素，水，纖維素，木質素，葉綠素，類胡蘿卜素，水，纖維素，木質素，淀粉，蛋白質等。淀粉，蛋白質等。新鮮葉片新鮮葉片.早期的PROSPECT模型PROSPECT的改進之一PROSPECT 模型模型 .PROSPECT 模型的參數輸入表模型的參數輸入表輸入參數輸入參數描述描述取值范圍取值范圍默認值默認值Cab葉綠素含量葉綠素含量580g/cm230g/cm2N葉片結構參數葉片結構參數1-41.3Cm干物質含量干物質含量0.001-0.005g/cm20.005 g/cm2Cw水分含量水分含量0.003-0.03g/cm2 0.012 g/cm2存為一個文件，PROPECT的葉片

8、反射率和透過率光譜，可為WINSail使用。.0400900140019002400w05w10w15w20波長（nm）w05w10w15w2000.40.5400900 1400 1900 2400w05w10w15w20w05w10w15w20不同的不同的葉片水分含量葉片水分含量模擬的葉片反射率（左）和透過率（右）模擬的葉片反射率（左）和透過率（右）結果范例結果范例SAIL模型假設冠層具有如下性質模型假設冠層具有如下性質：冠層冠層水平且無限延伸水平且無限延伸； 冠層冠層組分只考慮葉片；組分只考慮葉片；冠層冠層分布是各向同性的分布是各向同

9、性的。 冠層冠層葉片葉片太陽與觀測環境太陽與觀測環境PROSAIL模型的參數輸入表模型的參數輸入表輸入參數輸入參數描述描述取值范圍及默認值取值范圍及默認值Cab葉綠素含量葉綠素含量(580g/cm2)40g/cm2N葉片結構參數葉片結構參數(1-4)1.3Cm干物質含量干物質含量(0.001-0.005g/cm2)0.003 g/cm2Cw水分含量水分含量(0.003-0.03g/cm2)0.012 g/cm2LAI葉面積指數葉面積指數(0.5、1 8) 3LAD平均葉傾角平均葉傾角（0-90 度）度）57 度度Sl熱點大小熱點大小0.25Theta_s,Phi_s太陽方位角和天頂角太陽方位角

10、和天頂角0 30Theta_v,Phi_v遙感器方位角和天頂角遙感器方位角和天頂角0 0光源與觀測參數光源與觀測參數葉片與土壤參數LAI葉片傾角分布函數葉片傾角分布函數冠層的多層結構冠層的多層結構葉傾角分布函數 單獨使用單獨使用WINSail模擬模擬 分析冠層結構參數和反射率光譜的關系分析冠層結構參數和反射率光譜的關系32冠層反射率隨：葉面積指數LAI、平均葉傾角LAD 的變化 WINSail結合結合PROSPECT 分析葉片參數對冠層反射率的影響分析葉片參數對冠層反射率的影響冠層反射率隨：層反射率隨：a) 葉肉結構參數葉肉結構參數N; b) 葉綠素葉綠素 Cab; c) 水含量水含量Cw;

11、d) 干物質干物質Cm針葉模型針葉模型LIBERTY的針葉內輻射傳輸模型 Dawson et al. (1998)發展了針葉的葉片輻射傳輸模型LIBERTY 。LIBERTY模型通過若干層細胞的反射率和透過率的迭代過程求得單個針葉的反射率和透過率，需要3大類、共9個輸入參數。LIBERTY模型輸入參數模型輸入參數LIBERTYLIBERTY模型輸入參數的英文對照模型輸入參數的英文對照輸出文件的設置輸出文件的設置幾何光學模型幾何光學模型5-SCALE模型為例模型為例直接照射冠層直接照射冠層 直接照射冠層與非直接照射冠層直接照射冠層與非直接照射冠層 非直接照射的冠層非直接照射的冠層獨立幾何冠層形狀

12、的植被獨立幾何冠層形狀的植被5-SCALE建模建模葉片獨立個體的冠層空間分布5-SCALE軟件的特色軟件的特色突出植被冠層的二向性突出植被冠層的二向性植被光譜的二向性？植被光譜的二向性？不同觀測角度，觀測到不同觀測角度，觀測到不同強度的遙感反射率不同強度的遙感反射率5-SCALE軟件的功能軟件的功能使用使用5-SCALE的三種模式的三種模式（1）太陽平面上的反射率二向性模式）太陽平面上的反射率二向性模式（2）單波段反射率的二向性模式）單波段反射率的二向性模式（3）太陽平面上的反射率高光譜模式）太陽平面上的反射率高光譜模式使用使用5-SCALE模型，可關注針葉林的模型，可關注針葉林的BRDF響應

13、。響應。5-SCALE模型輸入參數模型輸入參數 觀測天頂角度觀測天頂角度 太陽天頂角太陽天頂角 相對方位角相對方位角 葉面積指數葉面積指數 LAILAI 叢生指數叢生指數 樹木密度樹木密度 樹冠垂直高度樹冠垂直高度 桿高桿高 冠層半徑冠層半徑 冠層形狀（冠層形狀（1 1 圓錐加圓柱；圓錐加圓柱；2 2 橢圓）橢圓） 枝葉幾何參數枝葉幾何參數 葉片光譜葉片光譜 下界面（背景）光譜下界面（背景）光譜太陽入射平面的二向性太陽入射平面的二向性植被分布參數植被分布參數太陽與觀測參數太陽與觀測參數冠層形狀冠層形狀枝干屬性枝干屬性四種工作模式四種工作模式葉片與下界面屬性葉片與下界面屬性使用使用5-SCALE的三