植被遥感上机课程-植被辐射传输模型

植被遥感上机课程-植被辐射传输模型植被遥感上机课程-植被辐射传输模型植被辐射传输过程400-2500nm：地表反射率

花青素anthocyanins

类胡萝卜素carotenoids

叶黄素brownpigments

叶绿素chlorophylls叶片光谱受到叶片色素的影响植被患病变色植被遥感上机课程-植被辐射传输模型地物辐射模型描述辐射传播，与地物发生相互作用（吸收、散射、发射等）的过程。构建了地物理化、结构的特性与地物辐射特性的关系。植被参数模型正演反演遥感光谱Meroni,M.,R.Colombo,etal.(2004)."InversionofaradiativetransfermodelwithhyperspectralobservationsforLAImappinginpoplarplantations."RemoteSensingofEnvironment92:195-206.（1）反演植被参数植被辐射模型可以做什么？Meroni,etal.(2004)基于DAIS航空高光谱影像，利用PROSAIL模型，反演了植被LAI参数。Zarco-Tejada,P.J.,J.R.Miller,etal.(2004)."Hyperspectralindicesandmodelsimulationforchlorophyllestimationinopen-canopytreecrops."RemoteSensingofEnvironment90(4):463-476.（2）

模型正演的应用植被辐射模型可以做什么？Zarco-Tejada,etal.(2004)利用植被遥感模型模拟光谱，比较不同植被指数的性能。植被参数植被遥感模型遥感光谱模拟结果1）调整某一个参数2）查看参数调整带来的模拟结果变化；3）进而发现敏感参数、及对应的敏感波段；4）优选植被指数等尝试回答的问题叶绿素可见光-近红外吸收？特征？叶片水分

近红外-短波红外吸收？特征？叶片干物质

短波红外吸收？特征？……叶面积指数对植被光谱的影响?波段范围？强度如何？本次上机目的掌握几种流行的植被冠层光谱模型，分析不同参数对应的光谱特征。简单来说：1）调参数：固定其他参数不变，改变一个参数的设置；（模型软件输入）2）转模型：获得不同参数对应的光谱数据集；（模型软件输出文本文件）3）敏感性分析：分析参数变化带来的光谱变化。（文本文件导入EXCEL，在EXCEL表里面展示、分析）文本文件导入excel第一种方式：使用EXCEL直接打开文本文件，输入分列符号设置，进行分列第二种方式：COPY文本进入EXCEL，利用分列工具，对数据进行分列叶片光学模型 扁平叶模型——学习PROSPECT（Jacquemoud,1990） 针叶模型——学习LIBERTY（Dawsonetal,1998）植被冠层模型 连续型冠层模型——学习SAIL（Verhoef,1984） 几何光学模型——学习5-SCALE(ChenJM,1997）植被遥感模型耦合模型：（1）PROSPECT+SAIL（2）LIBERTY+5-SCALE植被遥感上机课程-植被辐射传输模型叶片的类型差异扁平叶（阔叶） 针叶

植被的叶片类型学习PROSPECT（Jacquemoud,1990）学习LIBERTY（Dawsonetal,1998）植被遥感上机课程-植被辐射传输模型冠层的类型差异连续型冠层（均一、混沌）非连续型冠层

植被的冠层类型学习SAIL（Verhoef,1984）学习5-SCALE(ChenJM,1997）植被遥感上机课程-植被辐射传输模型

扁平叶模型——学习PROSPECT（重点） 连续型冠层模型——学习SAIL（重点）

针叶模型——学习LIBERTY 几何光学模型——学习5-SCALE实习顺序植被遥感上机课程-植被辐射传输模型TAR鲜叶片和干叶片的反射率光谱（R）和透过率光谱（T）干枯叶片一般认为，叶片的反射和透射率光谱，是由叶片组分的吸收和散射功能决定的。叶片主要组分：叶绿素，类胡萝卜素，水，纤维素，木质素，淀粉，蛋白质等。新鲜叶片叶片模型叶片模型

实习内容：平板模型，以PROSPECT为例早期的PROSPECT模型针对紧密叶片的，对于双子叶和衰老叶片是不合适的，也即还没有考虑叶片内空气间隔等的影响。PROSPECT的改进之一假设叶片是由N层同性层叠起来的，被N-1层空气间隔分割开来。

N不一定是整数。PROSPECT模型N被称为是叶肉结构指数。植被遥感上机课程-植被辐射传输模型PROSPECT模型含有以下参数：N－叶肉结构参数（叶肉层数）Cab－叶绿素含量（叶肉透过系数θ有关

）Cw－叶片含水量（叶肉透过系数θ有关

）Cm－干物质含量（叶肉透过系数θ有关

）

n－

叶肉界面折射指数n；（叶肉界面的折射属性）α－最大入射角α（叶表面粗糙度）输出：叶片反射率和透过率（400-2500nm，5nm间隔）植被遥感上机课程-植被辐射传输模型PROSPECT模型(WINSail软件中)实习从WINSail软件中打开PROSPECTPROSPECT

界面叶肉结构参数N叶绿素含量叶片含水量干物质含量叶黄素含量PROSPECT模型的参数输入表输入参数描述取值范围默认值Cab叶绿素含量5～80μg/cm230μg/cm2N叶片结构参数1-41.3Cm干物质含量0.001-0.005g/cm20.005g/cm2Cw水分含量0.003-0.03g/cm20.012g/cm2PROSPECT模型(WINSail）两种数据获取方式：单波段多波段模拟计算PROSPECT模型(WINSail）存为一个文件，PROPECT的叶片反射率和透过率光谱，可为WINSail使用。波长（nm）w05w10w15w20不同的叶片水分含量模拟的叶片反射率（左）和透过率（右）结果范例植被遥感上机课程-植被辐射传输模型冠层模型实习内容：连续型冠层模型(SAIL为例)连续型冠层模型——SAIL模型为例SAIL模型假设冠层具有如下性质：

冠层水平且无限延伸； 冠层组分只考虑叶片； 冠层分布是各向同性的。

冠层叶片太阳与观测环境PROSAIL模型的参数输入表输入参数描述取值范围及默认值Cab叶绿素含量(5～80μg/cm2)40μg/cm2N叶片结构参数(1-4)1.3Cm干物质含量(0.001-0.005g/cm2)0.003g/cm2Cw水分含量(0.003-0.03g/cm2)0.012g/cm2LAI叶面积指数(0.5、1～8)3LAD平均叶倾角（0-90度）57度Sl热点大小0.25Theta_s,Phi_s太阳方位角和天顶角030Theta_v,Phi_v遥感器方位角和天顶角00SAIL模型的WIN版本光源与观测参数叶片与土壤参数LAI叶片倾角分布函数冠层的多层结构叶倾角分布函数单独使用WINSail模拟分析冠层结构参数和反射率光谱的关系冠层反射率随：叶面积指数LAI、平均叶倾角LAD的变化32WINSail结合PROSPECT分析叶片参数对冠层反射率的影响冠层反射率随：a)叶肉结构参数N;b)叶绿素Cab;c)水含量Cw;d)干物质Cm叶片模型

实习内容：针叶模型，以LIBERTY为例针叶模型LIBERTY的针叶内辐射传输模型Dawsonetal.(1998)发展了针叶的叶片辐射传输模型LIBERTY。LIBERTY模型通过若干层细胞的反射率和透过率的迭代过程求得单个针叶的反射率和透过率，需要3大类、共9个输入参数。LIBERTY模型输入参数LIBERTYLIBERTY模型输入参数的英文对照LIBERTY模型（5-SCALE软件中）实习5-SCALERUNLIBERTY输出文件的设置冠层模型实习内容：几何光学模型(5-SCALE为例)几何光学模型——5-SCALE模型为例直接照射冠层直接照射冠层与非直接照射冠层非直接照射的冠层独立几何冠层形状的植被5-SCALE建模叶片独立个体的冠层空间分布5-SCALE软件的特色突出植被冠层的二向性植被光谱的二向性？不同观测角度，观测到不同强度的遥感反射率5-SCALE软件的功能使用5-SCALE的三种模式 （1）太阳平面上的反射率二向性模式 （2）单波段反射率的二向性模式 （3）太阳平面上的反射率高光谱模式 使用5-SCALE模型，可关注针叶林的BRDF响应。5-SCALE模型输入参数观测天顶角度太阳天顶角相对方位角叶面积指数LAI丛生指数树木密度树冠垂直高度杆高冠层半径冠层形状（1圆锥加圆柱；2椭圆）枝叶几何参数叶片光谱下界面（背景