[发明专利]一种浓密植被地表的遥感反射率模型构建及标定应用方法

说明书

本发明公开了一种浓密植被地表的遥感反射率模型构建及标定应用方法，其步骤包括：参数化植被的叶倾角分布函数f(a,b)；将f(a,b)引入浓密植被地表遥感反射率建模，得到遥感反射率模型Ω取值为Ω_s或Ω_v，Ω_s为辐射入射方向，Ω_v为传感器观测方向；Ω_L(a,b)为叶片的法线向量，R(γ)为菲涅尔反射系数，K_r表为辐射衰减因子；应用本发明遥感反射率模型能够得到更接近真实植被叶倾角分布情况。

技术领域

本发明涉及一种浓密植被地表的遥感反射率模型构建及标定应用方法，属于信息科学、测绘与遥感、环境科学应用领域。

背景技术

植被冠层反射的太阳辐射是植被遥感探测的直接信息源。太阳入射辐射与地表植被冠层相互作用后的散射辐射是部分偏振的，这部分遥感反射辐射包含了叶片表面光学特性信息、冠层结构信息以及地表边界条件信息，其对植被冠层参数化以及陆地表面气溶胶反演都具有重大意义。研究表明，植被反射的遥感辐射能够占到总反射辐射的2～23％，而10^-3的地表遥感反射测量误差能够带来气溶胶光学厚度反演0.04的误差。因此，如果植被冠层的偏振反射不能定量测量或者估计，将对遥感应用(特别是植被冠层结构刻画与气溶胶特性反演)的精度产生重大影响。

入射辐射与植被冠层的遥感作用体现在叶片和冠层两个尺度上。在叶片尺度上，辐射在叶片与空气的边界处发生镜面反射，产生部分偏振光。由于这种作用发生在叶片与空气的边界处，因此这部分辐射与叶表的光学特性有关；而在冠层尺度上，从单个叶片散射的辐射可能与冠层内部的另一叶片相互作用，再次发生叶片尺度的遥感效应，这一过程取决于叶片在冠层内部的分布，即冠层结构。辐射与植被冠层相互作用后，被吸收、反射或者透射。航空/航天遥感传感器接受到来自冠层反射的偏振辐射能量，因此包含了叶片的光学特性和植被冠层的结构信息。

从辐射与植被在叶片和冠层两个尺度的相互作用可以看出，对于植被遥感反射率的建模需要充分考虑叶片光学特性和冠层结构两大因素。但是，不同的植被冠层类型与入射辐射的相互作用并不一致，这主要是不同植被的叶片光学特性和冠层结构不同导致的。目前，国际上已经基于这两大因素构建了一些植被遥感反射率模型。Rondeaux和Herman将冠层的结构信息引入并构造了一个纯物理的简单植被遥感模型，该模型假设叶片均匀且叶倾角满足球形分布。在此基础上，Bréon构建了一套简单的针对裸地和植被的遥感模型，并运用到了法国地球偏振与方向反射率传感器POLDER(POLarization and Directionalityof the Earth’s Reflectances)早期陆地表面气溶胶反演算法上。此后，Nadal和Bréon利用POLDER两个月的数据，构建了一个双参数经验性地表遥感模型，可用于裸地和植被地表，该模型运用在POLDER-3的气溶胶反演算法中。考虑到植被冠层内部的阴影效应，部分改进型模型也将阴影效应考虑进来，即在原有模型上乘以一个阴影因子。Maignan在总结前人工作的基础上，基于叶倾角球形分布这一假设，构建了单参数线性偏振遥感模型，该模型首次将植被归一化植被指数引入植被遥感模型，并可用于裸地和植被地表。国内部分大学与科研机构团队都基于上述国外模型进行了大量应用，但是对浓密植被的遥感反射率建模领域涉及较少。总的来说，地表遥感反射率模型的发展趋势是模型中涉及的参数越来越少，但是适用性却越来越强，通用的Nadal和Bréon模型与单参数线性模型均可以用于裸地和植被两种地表类型。但是，上述模型的构建基本都是基于叶倾角分布满足球形分布这一假设构建的。这一假设能够减少地表遥感模型所需的参数，使模型更简化。但是实际上，植被冠层内部的叶片倾角是很难满足球形分布这一情况的。国内外对于非球形叶倾角分布情况下的遥感反射率模型则研究很少。因此，构建一种浓密植被地表的遥感反射率模型及其验证方法，对于植被遥感反射特性定量研究具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是针对浓密植被地表的遥感反射率模型现状，以及现有球形叶倾角分布假设的局限性，提出一种浓密植被地表的遥感反射率模型构建及标定应用方法。