[发明专利]一种水生植被-大气耦合辐射传输模型

说明书

（一）所属技术领域

本发明涉及一种水生植被-大气耦合辐射传输模型，属于光学遥感领域，在湿地遥感技术研究和定量化应用方面具有重要意义。 

（二）背景技术

自然界的浅水水域（湖泊、河流、湿地等）生长的水生植被可以分为：挺水植被与沉水植被。相对水体，水生植被具有相对较高的反射率以及明显的光谱反射特征，因此水生植被的存在会对光学浅水遥感信号产生显著的影响。因此，科学认识水生植被的光谱反射特性及二向反射特性，对水生植被的遥感监测、浅水水域水质参数反演等具有非常重要的意义。 

为了从遥感影像中获取水生植被以及水体的信息，需要对太阳辐射在水生植被-大气耦合系统中的传输过程有深入的了解。太阳辐射经地表物体反射后被卫星传感器接收的过程中，两次经过大气层。因此在遥感影像定量化应用的过程中必须考虑大气的影响，并对大气效应予以精确校正。 

关于植被冠层二向反射特性、水体光谱反射特性的研究在国内外已经取得了长足的发展。但水生植被反射特性、水生植被-大气耦合系统辐射传输特性的研究相对较少。这主要是由于影响水生植被-大气耦合系统中辐射传输的因素较多，现场原位测量比较困难，水面的波动、水生植被的非均匀分布、大气状况的非均匀分布以及动态变化等都能引起较大误差，难以通过实验精确测量。以往的诸多相关研究多侧重于水生植被反射光谱的测量；或者构建水体-大气耦合辐射传输模型，不考虑水生植被的影响。实际上水生植被的存在会显著影响水体的反射光谱与方向反射特性，水生植被的反射特性与陆地植被也具有明显的差异。随着高空间分辨率、高光谱分辨率的新型卫星传感器不断投入使用，研究辐射在水生植被-大气耦合系统中的传输规律，对水生植被的遥感监测与参数反演具有重要的意义以及应用价值。 

（三）发明内容

本发明涉及一种水生植被-大气耦合辐射传输模型。技术解决方案是：将水生植被分为两层；将植被冠层结构参数、观测几何、单个叶片反射率与透过率等条件输入到Suits植被冠层辐射传输模型，计算植被冠层对辐射的消光及散射系数；将水体组分（叶绿素、悬浮物质、有色可溶有机物）浓度输入水体模型，计算水体对辐射的消光及散射系数；利用观测几何、风速等条件以及水体、植被冠层对辐射的消光及散射系数，计算水生植 被的二向光谱反射特性；将水生植被的反射光谱作为下边界条件，与大气参数一起输入到MODTRAN大气辐射传输模型，计算表观辐亮度。其具体步骤如下： 

1 一种水生植被-大气耦合辐射传输模型。其特征在于包含以下步骤： 

（1）将水生植被分为两层； 

（2）将植被冠层结构参数、观测几何、单个叶片反射率与透过率等条件输入到Suits植被冠层辐射传输模型，计算植被冠层对辐射的消光及散射系数； 

（3）将水体组分（叶绿素、悬浮物质、有色可溶有机物）浓度输入光学水体模型，计算水体对入射辐射的消光及散射系数； 

（4）利用观测几何、风速等条件以及水体、植被冠层对辐射的消光及散射系数，计算水生植被冠层的二向光谱反射特性； 

（5）将水生植被的反射光谱作为下边界条件，与大气参数一起输入到MODTRAN大气辐射传输模型，计算表观辐亮度。 

2 根据权利1要求所述的一种水生植被-大气耦合辐射传输模型，其特征在于：步骤（1）中所述的“将水生植被分为两层”，具体计算过程如下：根据水生植被高度与水深的相对关系，将水生植被分为挺水植被与沉水植被两类，其中挺水植被以水面为界分为两层，沉水植被以冠层顶部为界分为两层，每层皆可视作混合均匀、光学特性均一的介质。 

3 根据权利1要求所述的一种水生植被-大气耦合辐射传输模型，其特征在于：步骤（2）中所述的“将植被冠层结构参数、观测几何、单个叶片反射率与透过率等条件输入到Suits植被冠层辐射传输模型，计算植被冠层对辐射的消光及散射系数”，具体计算过程如下：将植被冠层结构参数、观测几何、单个叶片反射率与透过率等条件输入到Suits植被冠层辐射传输模型，计算植被冠层对辐射的消光及散射系数。 

4 根据权利1要求所述的一种水生植被-大气耦合辐射传输模型，其特征在于：步骤（3）中所述的“将水体组分（叶绿素、悬浮物质、有色可溶有机物）浓度输入水体光学模型，计算水体对入射辐射的消光及散射系数”，其计算过程如下： 

第一步：计算水体各组分及总的吸收与后向散射系数 

a_w(λ)=a_pw(λ)+a_chla(λ)+a_TSM(λ)+a_CDOM(λ)