北京大学09级遥感物理复习考试资料

1、2009年1月遥感考试题（08级）一、名词解释(4'X5=20')1.路径辐射2.单次散射反照率3.入射度4.米氏散射5.方向-半球反射率二、简答(10'X5=50')1.什么是热点效应？什么是碗边效应？试分析连续植被热点效应和碗边效应的成因。2.简述M-C模拟中正向追踪和逆向追踪的特点。3.什么是黑体？什么是朗伯体？两者有什么联系和区别？4.什么是g函数？什么是G函数？选择一种植被冠层形状，说明g函数和G函数的关系。5.如何评价植被指数？简述NDVI、PVI、SAVI的优缺点。三、什么是大气光学调制函数？它与点扩散函数的关系是什么？画出理想大气光学调制函数的图

2、像和实际大气光学调制函数的图像，并作简要说明。(15')四、比辐射率的测量方法有哪几类？各有什么优缺点？用双温度双通道法计算物体的比辐射率(15')已知两个物体，每次测量将每个物体的温度分别控制在273K和323K，在10微米波段，测得物体1的亮度温度为273K和323K，物体2的亮度温度分别为268K和315K，在11微米波段，测得物体1的亮度温度为273K和323K，物体2的亮度温度分别为269K和317K，试求它们在10微米和11微米波段的比辐射率。提示：可使用近似公式L=a*T4，a为转换系数波长温度转换系数a10微米273K8百多10微米323K7百多11微米273K

3、56411微米323K5162005-2006学年遥感物理试题时间: 2005年1月13日上午9:00-12:00. 卷面分为100分, 占总成绩的70学号： 姓名： 单位： 成绩：1. 名词解释（每个4分，共20分）单次散射反照率 路径辐射 植被指数 点扩散函数 BRDF2. 简答题（60分）1） 辐射传输（RT）模型、几何光学模型 (GO)、M-C模拟模型的主要内容，前提条件及特色。（15分）2） 辐射亮度（L）辐射通量密度（E或M）的定义、公式和单位是什么，并用图示意，如果目标物具有朗伯反射特性，则它们之间有何关系？（15分）3） 什么叫气溶胶？它的主要类型有哪几种？气溶胶的哪几个参数值

4、是大气效应纠正必须的？（10分）4） 什么是分裂窗方法，利用分裂窗方法遥感海面温度的几项主要假设是什么，分别会带来多大误差？（10分）5）可见光、近红外波段大气纠正的基本内容是什么？请列出公式加以说明。3. 画图题（20分）下图为近红外波段的冠层反射率模拟与实测图，星号位置代表太阳的位置，N的位置为正北方向，圆心的视角天顶角为0º，三个实线同心圆从内到外分别为25º、45º、60º，虚线为实测值，实线为模拟计算值，图中反射率值为实际测量或模拟值的两倍。1)试根据下图，将主平面的冠层反射率曲线绘制到直角坐标系上，横坐标为视角天顶角的余弦，纵坐标为冠层反射率

5、。2)分析说明植被冠层反射的碗边和热点效应。（20分）a b2005-2006学年遥感物理试题答案余海阔总结一 名词解释1单次散射反照率课本85页。，其中是散射，吸收。单次散射反照率是指散射占散射和吸收总和的比例。2路径辐射课本320页。路径辐射的含义是来自太阳的短波辐射经分子及气溶胶散射直接进入传感器之辐射亮度，因此这一部分辐射不携带我们所需的地表信息。3植被指数当人们用不同波段的植被-土壤系统的反射率因子以一定的形式组合成一个参数时，发现它与植被特性参数间的函数联系，比单一波段值更稳定、可靠，我们把这种多波段反射率因子的组合统称为植被指数。它的主要形式可以分为两大类：比值类植被指数 RVI

6、 、NDVI及垂直距离型植被指数，它的提出是以存在土壤线为前提的。4点扩散函数课本328页。 星载传感器所测得的辐射亮度可以分解，如果假定路径辐射项处处相等，并把交叉辐射项与象元辐射项合并，并用一个权重函数表达之，则 在公式 中实际上扮演了一个权重函数的角色，我们称它为点扩散函数。它实际上描述了离中心点的距离为 的点对 的贡献率。地表反射亮度的空间分布，可以通过对卫星测值的点扩散函数的逆卷积而获得。5BRDF设波长为 ，空间具有 分布函数的入射辐射，从 方向，以辐射亮度 投射向点目标，造成该点目标的辐照度为 ；传感器从 方向观察目标物，接收到来自目标物对外来辐射的反射、散射辐射，其亮度值为 。

7、由于假定传感器的视场角为无穷小量 ，所以用微分符号表达传感器所接收的辐射亮度值，则定义： ，并称f为双向反射率分布函数。其物理意义是来自i方向地表辐照度的微增量与其所引起的r方向上反射辐射亮度增量之间的比值。二 简答题1. 辐射传输模型、几何光学模型、MC模拟模型的主要内容，前提条件及特色。（15分）几何光学模型的假设条件1背景光照面所产生的亮度、树冠光照面所产生的亮度、树冠阴影面和背景阴影面所产生的亮度，具有伯朗体性质2天空晴朗，天空散射光照的比例很小或可以忽略，在平行入射光照射下产生四分量3忽略各组分之间的多次散射4树冠有一定的几何形状，在象元内取某种概率分布，叶子在树冠内均匀分布并取一定

8、的叶倾角分布。几何光学模型认为传感器在2空间中从不同的方向观测象元，所以会得到不同的亮度值，其主要原因是视场内四个分量的比例在变化。几何光学模型以离散植被为主要对象，讨论了如下几方面的问题1求取离散植被BRDF的三维特征，比如确定BRDF在主平面内的分布形状，解释热点现象2求取四个分量与树冠形状、树冠在单位面积中的分布密度、入射方向及视线方向之间的关系3最初几何光学把树冠简化为不透光的刚体，随后引入孔隙概率模型，对刚体假设做了修正。几何光学模型本质上是单次散射模型，为了使模型更逼近真实，在引入孔隙概率模型后试图把多次散射引入几何光学模型。4把四个分量视为实测值是十分不方便的，故设法把他们与单片

9、叶子的反射率及土壤表面反射率等联系起来，称为参数化。辐射传输模型辐射传输理论最初是从研究光辐射在大气（包括行星大气）中传输的规律和粒子（包括电子，质子，中子等基本粒子）在介质中的输运规律时总结出来的规律性知识 n 方程中的参数 是如何确定的，也就是如何把它们与描写连续植被的几何参数、光学参数以及 建立函数关系。 n 其次在确定参数之后，要寻求满足一定边界条件的“解” (KM本人并没有在植被冠层辐射问题上提出过具体解法) n Suit模型的基本特点是把冠层元素（叶子、树干、花、穗等）均投影到水平面与垂直面上，用它们的投影面积去替代任意取向的叶子对光的散射、吸收与透射作用，并确定叶子的反射、散射具

10、有漫反射性质 n SAIL模型与Suit模型的最大不同之处在于以接近现实的任意角的叶子去代替Suit模型的水平投影与垂直投影n 讨论SAIL模型的重点在于如何导出辐射传输方程中各系数与植被几何参数间的函数关系。 n 蒙特-卡罗（Monte-Carlo）方法是一种通过随机变量的统计试验去求解数学 物理问题或者工程问题的数值计算方法 n 适用性比较强，适合多维的物理、数学模型，也可以作实验验证 n 计算量很大 n M-C方法的特点n 对被积函数f(x)没有任何要求,M-C模拟方法是一种适应性极大的数值计算方法。n M-C方法要求的独立试验次数相当大如何提高计算效率，降低方差，加速收敛速度成为M-C

11、方法成功与否的重要内容。 2. 辐射亮度和辐射通量密度的定义、单位时间内，穿过单位面积的电磁辐射能量，E= 。以上两项中的符号t与A分别代表时间和面积，当电磁波由体外传入体内时所构成的辐射通量密度，统称为入射度，用E表示；当电磁波由体内穿出体外时，称之为出射度，一般用M表示。它是用来描述点辐射源强度的物理量。此处 为辐射方向课本20页3什么叫气溶胶？它的主要类型有哪几种？n 大气气溶胶是指悬浮于地球大气之中具有一定稳定性的，沉降速度小的，尺度在10-3m到10m的液态及固体粒子，n 由于来源的不同，构成成分有差别，其变介电常数不尽相同，对电磁波的吸收散射作用差别较大，故大气气溶胶可分为不同类型

12、，比如海洋型、大陆乡村型、城市型等，n 由于地球重力作用气流溶胶颗粒密度随高度呈指数衰减，气溶胶颗粒尺度与可见光波长相当，故它对光的散射作用属于米氏（Mie）散射n 气溶胶大多集中在底层大气0 4Km范围之内4什么是分裂窗方法，利用分裂窗方法遥感海面温度的几项主要假设是什么，分别会带来多大误差？课本414页“分裂窗”方法达到了实现为大气纠正而无需知道实际大气参数的目的，而且该方法具有简单易算的优点，然而这一优点的获得是基于对水汽吸收的线性近似以及对黑体辐射线性近似的基础之上的。5可见光、近红外波段大气纠正的基本内容三：自我总结内容土壤线：实验表明，对每一种土壤而言，其红色波段与近红外波段的垂直

13、视反射率因子值随土壤含水量及表面粗糙度的变化近似满足线性关系，并称它为土壤线。期 末 试 题姓名 学号 专业 成绩 1. 离散植被几何光学模型的基本假定是什么？它的基本出发方程是什么？几何光学模型的优势和不足是什么？请写出最基本的辐射传输公式。借用辐射传输方程描述光辐射与连续植被相互作用有什么优势与不足？2. 大气交叉辐射效应与哪些因子有关？点扩散函数与大气光学调制函数之间存在什么样的关系？3. 可见光近红外波段大气效应的基本任务是什么？基本出发方程是什么？4. 请写出遥测海面温度（SST）的分裂窗方法的基本公式。它有哪几个基本假定？它与传统SST测量方法所得的结果有何不同？2005年遥感物理

14、试题（第二次）1 写出辐射亮度（L）与辐射强度（I）的定义，对朗伯体而言它们在2空间中的分布规律是什么？（20分）2 请写出辐射传输（RT）模型、几何光学模型 (GO)、M-C模拟模型的主要内容，前提条件及特色。（20分）3 试评述NDVI，PVI，SAVI的优缺点。（20分）4 反演大气气溶胶物理属性的重要意义何在？最迫切需要反演的气溶胶物理参数是哪几类？（20分）5. 将海面温度（SST）的测量误差降低到0.5K以下需要克服哪几个困难？还能用分裂窗方法吗？为什么？（20分）2005年遥感物理试题1. 给出下列名词的定义及其相互关系（10分）：BRDF、BRF、半球反射率（）、方向半球反射率

15、，半球方向反射率附加：在自然条件下如何测量目标物的BRDF？（10分）2. 请写出辐射亮度（L）辐射通量密度（E或M）的定义公式，并用图示意，如果目标物具有朗伯反射特性，则它们之间有何关系？加：请写出一般条件下，它们之间的关系表达式。（10分）3. 请写出辐射传输（RT）模型、几何光学模型 (GO)、M-C模拟模型的主要内容，前提条件及特色。（10分）4. 植被指数有哪几个基本类型？如何评价植被指数的性质？试举例说明。（10分）5. 如何利用高光谱数据获得更准确的叶面积指数（LAI）？并解释其物理机制。（10分）6. 什么叫气溶胶？它的主要类型有哪几种？气溶胶的哪几个参数值对大气效应纠正是必须

16、的？（10分）7. 可见光近红外波段大气效应纠正的基本出发方程是什么？决定交叉辐射项重要与否的因素是什么？（10分）8. 试述比辐射率（发射率）及亮度温度的定义？（10分）附加：请写出Tf(Tb)的具体形式（T为物理温度，Tb是亮度温度）（10分）9. 试述光滑平面与粗糙平面发射率（比辐射率）随视角天顶角的变化规律（用图展示），并给出相应的物理解释。（10分）10. 什么叫海面温度（SST）的分裂窗方法？它的基本假设是什么？什么是遥测陆面温度（LST）的 “局地分裂窗“方法？两种方法的差别何在？（10分）2005年遥感物理试题（第二次）1 测量BRDF（f）与测量BRF（R）有什么不同？并作出

17、解释。2 请写出辐射亮度（L）与辐射强度（I）的定义，对朗伯体而言它们在2空间中的分布规律是什么？3 辐射传输模型（RT）能表达热点效应吗？为什么？4 试评述NDVI，PVI，SAVI的优缺点。5 如何从高光谱数据中获得植被叶绿素含量的信息，并给出物理解释。6 反演大气气溶胶物理属性的重要意义何在？最迫切需要反演的气溶胶物理参数是哪几类？7 遥测陆地表面温度的困难来自何方？8 测量目标物比辐射率（发射率）的方法可归纳为哪几类？每一类测量方法所需要克服的困难事什么？9 对于光滑表面，如何从理论上去计算其比辐射率值及其随视角天顶角的变化规律，请图示它的角度变化规律。10. 将海面温度（SST）的测

18、量误差降低到0.5K以下需要克服哪几个困难？还能用分裂窗方法吗？为什么？2004-2005学年遥感物理试题时间: 2005年1月13日上午9:00-12:00. 卷面分为100分, 占总成绩的70学号： 姓名： 单位： 成绩：1 判断题（用表示正确，用O表示错误，10分）1) 海水对太阳短波辐射具有较高的透明度，所以吸收太阳短波辐射增加水温的现象发生在水体的较深层处，因此海水的皮肤温度总是低于深水层的温度。（ ）2) 二流近似方法和SAIL模型的解都是辐射通量密度，没有方向性。（ ）3) 连续植被和大气辐射传输方程的基本假设是水平均一垂直分层。（ ）4) 在热红外影像上可以看见地下管道，因此推

19、断热红外电磁波可以穿透到地下一定深度。（ ）5) 野外测量光谱时，工作人员的着装和站立位置对测量没有影响。（ ）6) ATSR-2传感器可以进行两个角度观测，其斜视遥感图像的几何分辨率比星下遥感图像的几何分辨率要差。（ ）7) 积分球方法、筒法和双温度双通道方法都属于发射率的主动测量方法。( )8) 同一个遥感卫星图像不同时期的地面几何分辨率可能有变化。（ ）9) 热红外遥感器中的探测原件必须配冷却装置以降低热噪声。（ ）10) 利用蒙特卡罗逆向追踪方法可以模拟植被观测可见光的BRDF。（ ）2 名词解释（每个4分，共20分）G函数单次散射反照率 BRF微分植被指数 点扩散函数3 简答题（每小

20、题10分，共30分）1) 什么是黑体和朗伯体，请分析二者之间的联系。2) 散射的本质是什么？分子散射和米氏散射各自有何特点？3) 可见光近红外波段大气纠正与热红外波段大气纠正分别有哪几项，试分析二者有何异同之处？4 1）什么是分裂窗方法？它在SST反演中应用的主要假设是什么？2）利用已有的AVHRR传感器观测太平洋某海域的海面温度，现随机抽取该区域20个像元4、5两个通道的亮温观测定标值，试反演海面平均温度。设：海面发射率为1，4、5两通道大气透过率之比为0.9。结果精确到小数点后一位。（20分）（见背面）序号1234567891011121314151617181920Band 42323.

21、922.222.722.823.423.022.523.124.723.522.822.622.923.323.023.923.122.723.5Band 522.523.122.022.022.623.122.62222,924.323.022.522.422.323.022.723.22322.523.0单位：摄氏度5 下图为近红外波段的冠层反射率模拟与实测图，星号位置代表太阳的位置，N的位置为正北方向，圆心的视角天顶角为0º，三个实线同心圆从内到外分别为25º、45º、60º，虚线为实测值，实线为模拟计算值，图中反射率值为实际测量或模拟值的两倍。1

22、)试根据下图，将主平面的冠层反射率曲线绘制到直角坐标系上，横坐标为视角天顶角的余弦，纵坐标为冠层反射率。2)分析说明植被冠层反射的碗边和热点效应。（20分） a b遥感物理考题一、 判断题1 Penman-Monteith公式是计算作物水分实际蒸发量的一种算法，它综合了能量平衡和质量输送两个方法。2 中红外波段窗区（3.5m4.0m）地表反射太阳辐射的中红外波段的温度在数量级上与地物自身发射的中红外波段热辐射相当，要从传感器所接受的辐射能量中将这两部加以区分，目前还是一个困难的任务。3 海水对太阳短波辐射具有较高的透明度，所以吸收太阳短波辐射增加水温的现象发生在水体的较深层处。因此海水的皮肤温

23、度一般总低于深水层的温度。 二、 简答题：1 请简要分析利用CWSI的监测植物缺水状况的主要原理，及热红外遥感在其中的主要作用。2 试分析估算植物蒸散量的单层模型和双层模型各自适用的范围和主要优缺点。三、 计算题：利用已有的AVHRR传感器观测太平洋某海域的海面温度，现随机抽取该区域10个像元4、5两个通道的观测值，试反演海面平均温度。设：海面发射率为1，4.5两通道透过率之比为0.9。结果精确到小数点后两位。像元号123456789104通道2323.922.224.723.522.822.622.923.324.15通道22.523.12224.32322.522.422.323.023.

24、5单位：K注：除了第一份题目比较具有参考价值之外，其余几份都太老了。注意参考价值。2007年部分考题微分植被指数BRDF单次散射反照率法扩散函数碗边效应光滑、粗糙板比辐射率方向性朗伯体出射度和辐射亮度（公式换算）热红外和可见光辐射传输模型的区别RTGOM-C植被指数缺陷分裂窗计算遥感物理复习概要第一章 基本物理概念1. 辐射能量Q电磁场具有的能量，称之为辐射能量。2. 辐射通量单位时间穿过某一面积的电磁辐射能量。3. 辐射通量密度（辐照度、入射度、出射度）单位时间内，穿过单位面积的电磁辐射能量。当电磁波由体外传入体内时所构成的辐射通量密度，统称为入射度；当电磁波由体内穿出体外时，称之为出射度4

25、. 辐射强度用来描述点辐射源强度的物理量，描述了辐射通量在2空间中的变化状况。5. 辐射亮度这是用来表述面光源强弱的物理量。公式中的角度为辐射方向与面法线方向间的夹角6. 朗伯体的辐射强度与辐射亮度的关系对于伯朗体，其出射度为辐射亮度值的倍7. 典型地物波谱特征所谓地物的波谱特征，是指该地物对太阳辐射的反射、散射能力随波长而变化的规律。地物波谱特征与地物的组成成分及物体内部的结构关系密切，通俗的讲，地物波谱特征就是地物的颜色特征。8. BRDF其物理意义是：来自方向地表辐照度的微增量与其所引起的方向上反射辐射亮度增量之间的比值。对于理想的漫反射体，他的BRDF为1/，？为什么9. BRF在相同

26、的辐照度条件下，地物向方向的反射辐射亮度与一个理想的漫反射体在该方向上的反射辐射亮度之比值，称为双向反射率因子。10. 半球反射率Albedo目标物的出射度与入射度之比值称为半球反射率方向半球反射率：半球方向反射率：一般，方向半球反射率不等于半球方向反射率。第二章 植被遥感应用模型（重点）1. 植被冠层的分类：离散型：以个体随机集合为特征，以森林为典型代表。 1）植被冠层与大气的交界面是参差不齐的； 2）树冠的个体特性明显，阴影显著。 对于这种离散型植被，人们发展了几何光学模型。薄层型：有均匀散射层所构成，以农田为典型代表。 1）植被冠层从整体上看与大气有一个与地面平行的交界面； 2）个体特征

27、不明显。 与对这种均匀散射型植被，发展了辐射传输模型。复杂性：如处于反青期的冬小麦，既不能模拟为连续植被层，因为他的叶面积指数还很小，又不能像森林那样个体特征显著。对于这种复杂型，植被与光辐射相互作用可以用“三维真实模拟”或蒙特卡洛模拟。2. 红边：单片叶子的波谱从以0.68m为中心的反射率极小值过渡到从0.8m开始的反射峰，其间必存在一个拐点，也就是反射率对波长的二阶微商等于零的点，我们称拐点所对应的波长为“红边”。3. P38，由于BRDF=BRF/？为什么4. 画图题，P39页，如何画，并分析热点效应与碗边效应，重点！5. 热点效应热点效应，即光视线与射线相一致时，BRDF取极大值，这显

28、然是由于传感器视场内已见不到任何阴影部分所致。6. 碗边效应（非朗伯体特性）课本38页。反射率因子的极大值一般在主平面内前向散射方向，方位角约在之间，入射光天顶角越大，这种非伯朗体特性越显著。极小值在天底角附近，一般讲随视角天顶角的增加，其双向反射率因子随之增加，增加的速率随入射光天顶角的增加而增加，我们称这为碗边效应。对碗边效应的解释：随着层数m的增长，透射率随之减小，而反射率随之增加。当光线斜射页面，或传感器斜视页面时，相当于光程增加，亦即m增加，这就很好的解释了碗边效应的出现。7. 光学厚度薄层的光学厚度为k*l，其中k为吸收系数，l为薄层厚度。（反应了薄层对光辐射的吸收能力）8. 单片

29、叶子的非朗伯体性质的解释（pp.43）(a) 随着层数m的增长，随之减小而随之增加，当光线斜射叶面，或传感器斜视叶面，这相当于光程的增加，即m的增加，这就很好地解释了碗边效应的出现(b) K为吸收系数，L为薄层厚度，则kL代表该薄层的光学厚度。当kL=0，相当于近红外波段，叶子对光子吸收很少(c) 当kL=0.1，相当于红色波段的强吸收，由的曲线显示，大约百分之86的来自于初始五层。换言之，反射能量来自表层，必然其偏振特性显著。总之，内部的散射过程将导致总体反射率的增加，这是一个普遍适用的规律。9. 几何光学模型（基本表达式、四分量各代表什么、如何计算、模型的几项基本假设、评价）四分量：为背景

30、光照面所产生的亮度；为树冠光照面所产生的亮度；与分别是树冠阴影面和背景阴影面所产生的亮度。其中的系数表示四分量在可视条件下的面积比模型的假设：l 四分量有伯朗体性质；l 天空晴朗，天空散射光照的比例很小或可以忽略，在平行入射光照射下产生四分量；l 忽略各组分之间的多次散射；l 树冠有一定的几何形状，在象元内取某种概率分布，叶子在树冠内均匀分布并取一定的叶倾角分布。主要研究问题与评价：几何光学模型以离散植被为主要对象：1> 求取离散植被BRDF的三维特征；2> 求取四个系数与树冠形状、树冠在单位面积中的分布密度、入射方向及视线方向之间的关系；3> 最初几何光学把树冠简化为不透光

31、的刚体，随后引入孔隙概率模型，对刚体假设作了修正。（几何光学模型实质上是单次散射模型，引入孔隙率模型后把多次散射引入了几何光学模型）；4> 把四分量视为实测值是十分不方便的，故设法把它们与单片叶子的反射率及土壤表面反射率等联系起来，称为参数化10. 垂直视，稀疏（无阴影重叠）条件下圆锥体的几何光学模型P45中圆锥顶的表面积怎么算？P46中的从何而来？11. Boolean原理、亮度、绿度Boolean原理：假设在区域A内随机投掷N个炸弹，每个炸弹的平均破坏面积为a，则没有遭到炸弹破坏的面积亮度与绿度：以TM传感器为例，在可见光到近红外波段TM一共有六个宽波段信息，经特殊的主成份分析，六个

32、具有一定相关性的TM信息可被压缩成几个彼此正交的主成份，若取其第一个与第二个主成份，分别成为亮度和绿度。亮度：所有通道值均对B值提供正贡献，所以它反映了像元总体亮度值，主要反映混合像元中土壤背景信息，称之为亮度。绿度：G值主要由TM3和TM4的差值决定，从植被-土壤的波谱曲线可知，这个差值主要决定于像元中植被的覆盖度，因此可以认为它代表了像元中的植被信息，故得名为绿度。四分量与G，B的关系：P48为什么X必定在CT线上滑动12. 孔隙率概率孔隙率：当光线穿越树冠距离为s，而不被拦截的概率几何孔隙率：设树冠的投影面积为A，而其中光斑的总面积S，则S/A被称为几何孔隙率物理孔隙率：设在树冠的阴影面

33、内有一点（x,y），其辐照度为E（x,y），如果投射到树冠上的辐照度为E，则E（x,y）/E，便称之为物理孔隙率13. 辐射传输模型（表达式、含义）P72，自己看。辐射传输理论：辐射传输理论最初是从研究光辐射在大气（包括行星大气）中传输的规律和粒子（包括电子，质子，中子等基本粒子）在介质中的输运规律时总结出来的规律性知识光子经历dl距离之后 ，削弱量可以表达为：为介质的质量密度，为投影到介质上的光强度，为质量吸收削弱系数，为质量散射削弱系数。把多次散射的增强作用用一个源函数来表达，则：为削弱系数，令，则：（这就是与坐标选取无关的最一般的辐射传输方程的表达式）其中，为单次散射反照率为相函数，它描

34、述了入射光由方向射入，散射光在方向上射出时的相对强度，它决定于介质的散射特性。散射相函数：为描述电磁波被介质散射后在各个方向上的强度分布比例，定义散射相函数为方向的电磁波被散射到方向的比例，而且是归一化的14. 单次散射反照率、叶面积体密度分布函数、群体几何特征尺度、叶面积指数单次散射反照率：散射削弱在散射削弱和吸收削弱中的比例叶面积体密度分布函数：某高度z处单位体积内，叶子单面面积之总和。群体几何特征尺度：叶子的特征尺度：，l，w分别代表叶的长和宽，代表形状因子。群体几何特征尺度：，h为冠层高度，该尺度在连续植被的热点模型中扮演着重要角色。是叶片的特征尺度与高度的比值，P75。叶面积指数LA

35、I：地表单位面积柱体内所有叶子单面面积之总和，也可表达为叶面积之总和与所占地表面积之比，只能描述连续连续植被冠层总体叶面积密度状况，不能表述叶面积密度随高度的分布状况相互关系：设V(z)为z高度处的体积元，在该体积元中叶面积之总和为，则，15. 和函数分别描述什么物理量、碰撞概率空间取向分布函数：表述了叶子空间取向的概率分布；叶子上表面的法线方向为该片叶子的空间取向，用表示，在高度z处，单位体积元内落在以为中心的单位立体角内的叶面积为，则： P77，不同的叶倾角，比如统一型，球面型，平面型，都是怎么推出来的？碰撞概率：表示光子从方向射向植被，它在z高度处与植被（叶子）发生碰撞的概率。它与该高度

36、处叶面积体密度值有关，也与叶子向的垂直面的投影面积值有关。G函数：这是一个重要的物理量，它的物理意义是在z高度处，叶面积体密度函数取1时向的垂直面的平均投影值。P78，G函数的含义与表达式如何联系起来？16. 单片叶子的散射传输函数：17. 连续植被辐射传输方程（pp.84-86）表达式含义（吸收散射削弱+多次散射增强）、评价连续植被辐射传输方程的推导，一大堆的问题，？表达式：L代表光亮度，称为消光系数，它代表光路介质对光子的吸收与散射致使光亮度在传播方向上减弱，称为散射削弱系数（包含了相位函数）它描述了经多次散射对传播方向上的辐射亮度的增量。评价：1> 消光系数由光子传递方向及叶子取向

37、间的相对位置所决定，光子在z高度处沿方向，经历了d s距离后被削弱的概率应为：其中，2> 散射削弱系数不具有轴对称性质；3> 辐射传输方程是一个微分-积分方程，要求解，必须确定边界条件，对连续植被冠层来说上边界条件应包括太阳入射和天空散射辐射两部分，下边界条件主要决定于土壤的非伯朗体反射特性18. 几种辐射传输方程的近似解法（K-M、Suit、SAIL三种方法的联系和区别、连续植被的热点效应问题无法解决、Kussk、D.Jupp等人的解决方法）l K-M方程：在许多实际应用中，我们并不需要获得任意高度，任意方向上的辐射亮度值，而关心的只是通过某水平面的辐射通量密度，因此，K-M方程

38、实质就是把辐射亮度都转化为辐射通量密度，从而列出了一组一阶线性微分方程组去代替复杂的微分-积分方程。实质：通过某水平面的辐射通量密度四流：分别表示向下或向上传输的辐射通量密度，分别表示向上或向下传输的平行辐射的辐照度。（怎么样算是平行辐射？P86）五参数：为吸收系数，为散射系数，分别为平行辐射的散射系数，即由准直辐射向漫辐射的转换系数，脚标“1”与“2”分别表示同向与背向，K为平行辐射的吸收系数。注：如果把准直辐射项除去，则便成为著名的辐射传输方程的二参数的二流近似解法。存在问题：K-M方程有两个主要问题，其一是方程中的五个参数是如何确定的，也就是如何使它们与描写连续植被的几何参数、光学参数及

39、之间建立函数关系。其次在确定参数之后，要寻求满足一定边界条件的“解”P87的几个问题？l Suit模型：基本特点是把冠层元素均投影到水平面与垂直面上，用它们的投影面积去替代任意取向的叶子对光的散射、吸收、与投射作用，并确定叶子的反射、散射具有漫反射性质。该模型是四流九参数：，a（消光系数），b（背向散射系数），c（背向直射辐射的散射系数），c（同向直射辐射的散射系数），U、V、W（分别代表由E+，E-与F+向观测方向上传输的辐射亮度的转化系数）。用该模型模拟出的结果显示，呈明显的V字形，这显然和事实背离，造成这种背离的原因是应用了水平投影与垂直投影去计算散射系数与消光系数。l SALL模型：与

40、Suit模型的最大不同之处在于以接近现实的任意取向的叶子去代替Suit模型的水平投影和垂直投影，所以讨论的SALL模型的重点在于如何导出辐射传输方程中各系数与植被几何参数间的函数关系。SAIL模型数值模拟结果显示：1> 奇异的拐点消失，是对suit模型的改进2> SAIL和SUIT模型，BRDF均无热点效应出现，这是由于计算均以为出发点，这是K-M方程为基础的所有算法的共同缺点。l 连续植被的热点效应问题要解决连续植被的热点效应，方法一是建立射线方向与观察方向孔隙率间的相关概率模型，方法二是把几何光学模型中的相互遮阴概念引入辐射传输方程。Kuusk和Jupp是如何解释热点效应P10

41、0？n Kuusk：把连续植被视为由一系列的水平均匀层叠加所致，那么整层对直射光的一次散射辐射亮度是多层一次性散射贡献之和。（P99）n Jupp:Jupp：将Boolean原理应用到连续植被叶子之间相互遮阴的计算中，进而讨论了连续植被热点效应的规律问题。核心问题：热点效应是由目标对太阳直射辐射的一次散射所构成，水平均匀、垂直分层的连续植被的热点效应，显然是由每一层中叶子对太阳直射的一次散射的累加的结果，所以，计算连续植被中任意高度z处叶子对太阳直接辐射的一次散射量，就成为了问题的核心。l 连续植被辐射传输的近似解析模型解由三部分构成，和分别表示土壤及植被冠层一次散射所贡献的辐射亮度值，为土壤

42、和植被的多次散射所贡献的辐射亮度值。把一次散射相分离出来的目的有三个：1> 一次散射是植被-土壤系统非各向同性散射的重要形成原因（如热点效应），抓住了一次散射的特征，就可以基本把握BRDF的基本特征；2> 把多次散射分离出去，那么微分，积分方程便可以简化为微分方程；3> 简化模型，利于快速的反演。19. M-C模拟（正、逆追踪、优缺点、无法用于反演）介绍：蒙特-卡罗（Monte-Carlo）方法是一种通过随机变量的统计试验去求解数学物理问题或者工程问题的数值计算方法。适用性比较强，适合多维的物理、数学模型，也可以作实验验证，计算量很大。特点：1> 对被积函数f(x)没有

43、任何要求；2> 适应性非常大；3> 计算量极大，M-C的自然收敛速度相当慢，为的数量级，要提高一个计算精度的数量级（即减少一个数量级），则试验次数要成百倍的增长；4> 模拟精度与概率型的维数m无关，适合多维问题的计算；5> 降低方差的方法，会极大的改善M-C方法的收敛速度。加速收敛的方法：如果在模拟计算过程中，在一处能用理论分析得到的数学期望值代替该处的统计模拟，即可减少结果的误差用M-C模拟求解辐射传输方程：n 把微分-积分辐射传输方程转化为积分形式的辐射传输方程后，我们可以应用M-C求积分方法，实现对辐射传输方程的数值求解。n 用M-C方法求解辐射传输方程的实质是模

44、拟光子在介质中的运动轨迹和经历，因此他可以较好的解决包括多次散射，不规则相函数，非均匀介质中的辐射传输这样一些其他方法难以解决的问题。n 正向追踪：直接模拟光子随光源出发，并跟踪其轨迹和经历的时间变化；可以用半球方向反射率和方向半球反射率，一般可见光采用正向追踪；n 逆向追踪：形式上令光子从接收器出发，逆向追踪其轨迹，这相当于时间的倒转，而不是物理过程的反转。可以用半球方向反射率，但不能用方向半球反射率，一般热红外采用逆向追踪。优点：a.可以提高追踪效率，大量略去对传感器所接受的辐射量贡献不大的空间区域；b.可以实现传感器接受定向辐射量的计算。P115正向追踪和逆向追踪的坐标变换示意图，？20

45、. 常用植被指数（RVI、NDVI、PVI）定义、与LAI关系、如何评价（对土壤背景影响的消除、对大气影响的消除、对LAI灵敏度、非各向同性性质等方面）l 植被指数：指多波段反射率因子的组合，它与植被特性参数间的函数联系（例如LAI，干物质产生率等），比单一波段值更稳定、可靠。l 使用植被指数的原因：1> 植被土壤系统是一个复杂的非朗伯体系，显然对任一单波段的R值，都会因任何一个因素的变化而导致巨大的变化，采用比值或差值形式可以达到部分消除LAD（叶倾角分布函数）等因素的变化所带来的影响。2> 几乎所有的星载或机载的传感器所测得的是来自目标的散射或反射辐射亮度值，而不是双向反射率因

46、子，但人们在建立应用模型时只能采用双向反射率因子或半球反射率。3> 植被离不开土壤，绝大多数情况下植被不可能完全遮蔽土壤背景，因此任何单波段的测量值均包含有植被信息与土壤信息，应用植被指数的某种形式可达到最大限度地抑制土壤背景信息、突出植被信息的效果。l 植被指数的分类：1> 比值类植被指数： 2> 垂直距离型植被指数：注：PVI的提出是以存在土壤线为前提。实验表明，对每一种土壤而言，其红色波段与近红外波段的垂直视反射率因子值随土壤含水量及表面粗糙度的变化近似满足线性关系，并称它为土壤线l 植被指数（VI）与叶面积指数（LAI）的关系：n 当（K为植被对光谱的削弱系数），PV

47、I与LAI成指数型函数关系，等PVI线与LAI线一致。n GVI、NDVI与LAI实验关系的离散度最小，经验关系最稳定；n NDVI的饱和值最低约在LAI达到23之间，表明NDVI只在低植被覆盖度时对植被变化有反应，而且反应灵敏，而使GVI与RVI达饱和的LAI值，可高达68，PVI居中，使PVI饱和的LAI值约为45。l 各种VI对土壤背景影响的消除能力：n NDVI的饱和值很低，换言之，NDVI只适用于稀疏植被条件下应用，而此时土壤的辐射亮度的变化（比如由于土壤含水量的变化而引起反射率的变化）对NDVI值又有极大的影响；n 当LAI0时，等LAI线逐渐与土壤线重合，所以 a）当LAI取小值

48、时，等PVI线与等LAI线接近，换言之，此时PVI具有较好的滤除土壤背景影响的能力。b）PVI与LAI成指数型函数关系及完全消除土壤背景信息的能力不能完全保持。n RVI线就是一组有坐标原点出发的放射线，一般条件下等RVI线与等LAI线不重合，当LAI增大时，等RVI线将与LAI线重合。a) 由土壤背景亮度不同而引起的LAI的估计误差将随着LAI的增大而减小，当土壤背景偏暗时，由RVI估计的LAI值偏低，b) 当土壤背景偏高时，则由RVI值估计的LAI值偏高，正好和PVI相反。l VI的非各向同性：n NDVI：1. 热点效应区NDVI总是出现低谷，这是由于红色波段对热点效应的反应比近红外波段

49、更敏感所致。2. 低太阳天顶角时，NDVI的非各向同性性质将带来不可忽视的误差。3. 当太阳天顶角较大时，除热点效应区外，其他区域的NDVI的非各向同性性质所带来的误差将逐步缩小，但过低的太阳高度角将使地表辐照度减小，增加噪声比，而且使物体的阴影效果更加突出，所以太阳天顶角超过40度的区域是不可取的区域。4. 模拟计算表明叶子的空间散布方式对NDVI的非各向同性性质有强大的控制力，a) 规则分布（孔隙率最小），除热点区外，有极好的各向同性性质，b) 从生分布（孔隙率最大），非多向同性性质散布于整个区域，c) 同一视角条件下，其他条件相同，则空间散布方式的不同将导致NDVI值的强烈震荡。l VI

50、的大气效应：n 把建立VI和LAI的关系作为基本目标，则外来的干扰源有三种：1> 土壤背景的亮度变化（包括湿度变化和质地变化）所造成的VI值的变化；2> 观测者目标太阳，三者几何关系的变化（非各向同性性质）以及冠层几何光学参数的变化所造成的VI值的变化；3> 大气效应所造成的VI的变化n 对于红色波段，绿色植被或某些类型的土壤的，则成为大气效应的主要来源，对于近红外波段，则与都重要.21. PAR、FPAR、APAR、微分植被指数PAR：FPAR：APAR：APAR是Absorbed photosynthetic Active Radiation 的缩写。光合作用起作用的辐射

51、波段为0.40.7um，APAR描述了这一波段范围内被植被实际吸收的辐射通量密度，如果已知投射到植被冠层表面的辐射通量密度，则APAR亦可被标准化为无因次的比例系数。微分植被指数：在植被-土壤体系中，可以用微分手段比较彻底的消除土壤背景的干扰，更有效的提取植被信息，但是他对噪声极为敏感，因此应用微分参数要求传感器有较高的精度和稳定度。第五章 大气效应及其纠正1. 大气组成、结构特征、基本物理过程（散射、吸收等）l 大气组成：1) 臭氧：i. 臭氧主要分布在1050km的中层大气中，极大值出现在2025km处，对流层中的臭氧含量不到总量的十分之一；ii. 臭氧总含量有明显的地域分布特征及季节变化

52、，在赤道上空臭氧含量最少，在高纬度地区60°70°区域内达到极大值；l 二氧化碳：i. 大气中的二氧化碳（CO2）含量相对稳定，其体积百分比含量约为0.0322%；ii. CO2含量较少，但它对红外波段，特别是以15m为中心形成了一个1317m的强吸收率，因此成为探测大气温度廓线的重要手段；iii. 混合在大气中的CO2强烈地吸收着来自地表的热辐射，以比地表低的温度向太空辐射热量，这就构成了一个辐射能量的差距（吸收多，支出少），增加地气系统的温度；iv. 二氧化碳含量具有季节性变化；v. 二氧化碳含量在南北两半球之间分布是不均一的，北半球明显地大于南半球。l 水汽：i. 大

53、气中水汽含量在空间尺度和时间尺度变化都是极大的，地球上最湿润的地区与最干燥地区水汽含量可以相差5个数量级，同一地点水汽含量的振动幅度与其平均值相当；ii. 水汽对可见光，红外以及微波波段都有其明显的吸收波段，因此水汽对电磁波的吸收与发射是大气效应纠正的重要内容，也是探测大气中水汽含量垂直分布的基本依据。l 汽溶胶：i. 大气气溶胶是指悬浮于地球大气之中具有一定稳定性的，沉降速度小的，尺度在10-3m到10m的液态及固体粒子；ii. 由于来源的不同，构成成分有差别，其变介电常数不尽相同，对电磁波的吸收散射作用差别较大，故大气气溶胶可分为不同类型，比如海洋型、大陆乡村型、城市型等；iii. 由于地

54、球重力作用气流溶胶颗粒密度随高度呈指数衰减，气溶胶颗粒尺度与可见光波长相当，故它对光的散射作用属于米氏散射；iv. 气溶胶大多集中在底层大气04Km范围之内。l 结构特征：1) 大气物理状况的物理量一般有气压，大气温度与大气湿度；2) 它们在垂直方向上的变化远远大于水平方向上的梯度，所以在大气效应纠正中大量假定大气具有水平均一、垂直分层结构；3) 气压随高度是以负指数形式递减；4) 按照温度随高度的变化特点，大气可以分为：n 对流层：温度随高度的递减而递减，每升高1km降低6，大气垂直运动剧烈，造成雨云等复杂天气现象；n 平流层：温度随高度不变，又叫同温层；n 中间层n 热层2. 大气吸收谱线：l 氮（N2）和氧（O2）对辐射的吸收主要位于紫外波段；l 由于大气上层臭氧的存在，而臭氧对小于0.3um的电磁波具有极强的吸收能力，到达地面的太阳短波辐