北大定量遙感-植被遙感-北大精品課

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1、北京大學(xué)2009.7.1植被遙感中的幾何光學(xué)植被遙感中的幾何光學(xué)和輻射傳輸和輻射傳輸講座教師講座教師牛錚，博士，研究員中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所北京朝陽區(qū)大屯路，100101Tel.64889215E-mailniuz@irsa.ac.cn植被遙感中的幾何光學(xué)植被遙感中的幾何光學(xué)和輻射傳輸和輻射傳輸?shù)谝还?jié)第一節(jié)冠層反射率模型冠層反射率模型CanopyReflectance(CR)ModelCanopyReflectance(CR)Model1/6遙感數(shù)據(jù)的五種基本特征遙感數(shù)據(jù)的五種基本特征當(dāng)遙感以數(shù)據(jù)形式記錄電磁波信號(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)本當(dāng)遙感以數(shù)據(jù)形式記錄電磁波信號(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)本身就隱含了一定的電磁波特

2、性，例如以特定波長的身就隱含了一定的電磁波特性，例如以特定波長的特定偏振狀態(tài)在特定時(shí)間和特定觀測方向上記錄特特定偏振狀態(tài)在特定時(shí)間和特定觀測方向上記錄特定空間范圍內(nèi)的電磁波通量或強(qiáng)度。所以我們所獲定空間范圍內(nèi)的電磁波通量或強(qiáng)度。所以我們所獲取的遙感數(shù)據(jù)通常是反映目標(biāo)物特征的全部電磁波取的遙感數(shù)據(jù)通常是反映目標(biāo)物特征的全部電磁波信息的一個(gè)子集。信息的一個(gè)子集。L?L(?,s,t,?)p,2/6地物反射光譜特性地物反射光譜特性物體反射率隨波長而改變的特性稱為地物反射物體反射率隨波長而改變的特性稱為地物反射光譜特性。光譜特性。光譜曲線：植物？水體？土壤？云？雪？水體+葉綠素？水體+泥沙？新雪、舊

3、雪？地物波譜（特性）3/6混合象元混合象元(mixedpixel)(mixedpixel)象元中存在多于象元中存在多于11種地物時(shí)，稱其為種地物時(shí)，稱其為““混合象混合象元元””。與此相對(duì)應(yīng)，只包括。與此相對(duì)應(yīng)，只包括11種地物的象元為種地物的象元為““純象元純象元””(purepixel)(purepixel)。。事實(shí)上，遙感圖象中，尤其是低空間分辨率事實(shí)上，遙感圖象中，尤其是低空間分辨率的圖象中，各個(gè)象元通常都包括多種地物。的圖象中，各個(gè)象元通常都包括多種地物。盡管不同的自然地物有其不同的波譜、時(shí)盡管不同的自然地物有其不同的波譜、時(shí)間、角度等特征，但是遙感記錄的象元只有間、角度等特征，

4、但是遙感記錄的象元只有單一的波譜、時(shí)間、角度等特征，即混雜后單一的波譜、時(shí)間、角度等特征，即混雜后的特征。它給遙感解譯造成困擾。的特征。它給遙感解譯造成困擾。4/6我們?nèi)绾味康匮芯恐脖桓采w區(qū)域的反射特征？我們?nèi)绾味康匮芯恐脖桓采w區(qū)域的反射特征？植被遙感中，從一開始就被普遍認(rèn)同和采用的方法是，利用植被反射光譜在可見光和近紅外波段上明顯的不同，構(gòu)建遙感植被指數(shù)，在研究糾正植被形態(tài)、土壤光學(xué)特性、太陽位置以及云和大氣等影響的基礎(chǔ)上，反演地表狀況，用以與各種植被變量（包括LAI）、植株生物量、植被覆蓋度、光合組織總量、光合有效輻射和初級(jí)生產(chǎn)力等因子進(jìn)行相關(guān)。這種方法抓住了植被的光譜特征，簡單而

5、明確，具有很強(qiáng)的實(shí)用性，易于為大多數(shù)研究者所接受。目前開展的大部分植被遙感的研究工作都是從這方面展開的。5/6在研究植被等地物的光譜特征時(shí)，人們逐漸發(fā)現(xiàn)了“同物異譜、異物同譜”的現(xiàn)象，地面測量的光譜曲線與實(shí)際遙感測量的光譜曲線很難一一對(duì)應(yīng)。研究者考慮到這種現(xiàn)象可能是混合象元引起的，于是引進(jìn)了混合象元模型及其求解方法。在混合象元中，植被的反射率是已知的。但是實(shí)際上，由于植被反射率是由葉片、下層土壤等形成的綜合因素，即植被區(qū)域不是一個(gè)平面剛體，輻射是可以穿過冠層表面的，通過各種散射后，再從冠層上界逸出，被傳感器所接收。因而形成冠層反射率模型?？梢赃@樣認(rèn)為，混合象元是二維的，冠層反射率模型是三維

6、的。6/6在冠層反射率模型中，通常分為兩類，即幾何光學(xué)模型與輻射傳輸模型。之所以分成兩類模型，主要是由于地面的植被（在生態(tài)學(xué)上就是林地、草地、農(nóng)田）主要有兩種外在形態(tài)。一種是幾何特征明顯（如樹木、灌叢、成壟分布的農(nóng)作物等），另一種則無明顯幾何特征（如大面積的草地、已封壟的農(nóng)作物等）。當(dāng)然，由于相互融合，兩類模型現(xiàn)在已經(jīng)區(qū)分不明顯了，即以幾何光學(xué)為基礎(chǔ)的模型加入了對(duì)多次散射的考慮，而以輻射傳輸為基礎(chǔ)的模型加入了對(duì)熱點(diǎn)現(xiàn)象的考慮。植被遙感中的幾何光學(xué)植被遙感中的幾何光學(xué)和輻射傳輸和輻射傳輸?shù)诙?jié)第二節(jié)冠層反射率模型冠層反射率模型----幾何光學(xué)模型幾何光學(xué)模型CanopyReflectance

7、(CR)ModelCanopyReflectance(CR)Model––GeometricGeometric--OpticalModelOpticalModel√√§§2.12.1稀疏分布林冠橢球模型稀疏分布林冠橢球模型§§2.22.2濃密分布條件下的模型濃密分布條件下的模型1/12模型假設(shè)條件描述模型假設(shè)條件描述本模型用于對(duì)森林地區(qū)冠層反射率的求算。本模型用于對(duì)森林地區(qū)冠層反射率的求算。所謂冠層反射率，指植被上界出射