植被冠層反射模型1

1、植被遙感的主要任務 將植被冠層分為三種類型： 連續(xù)植被連續(xù)植被行播作物行播作物 離散植被離散植被 輻射傳輸模型（輻射傳輸模型（RT） 幾何光學模型幾何光學模型(GO） RT或或GO模型模型 遙感數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù) 模型選擇模型選擇 （正向模擬）（正向模擬） 反演方法反演方法 （逆向擬合）（逆向擬合） 應用應用 2 植被冠層分類 離散型：個體隨機集合為特征，如離散型：個體隨機集合為特征，如 森林森林這類模型的特點是：這類模型的特點是： (1)(1)植被冠層與大氣的交界面是參差不齊植被冠層與大氣的交界面是參差不齊 的。的。 (2)(2)樹冠的個體特性明顯、陰影顯著。樹冠的個體特性明顯、陰影顯著。 對于這

2、類離散型植被，人們發(fā)展了幾何對于這類離散型植被，人們發(fā)展了幾何 光學模型。光學模型。 植被冠層分類 連續(xù)植被：由均勻散射層所構(gòu)成的薄層模連續(xù)植被：由均勻散射層所構(gòu)成的薄層模 型，其典型代表為封壟后的冬小麥地等等。型，其典型代表為封壟后的冬小麥地等等。 模型的特點：模型的特點： (1)(1)植被冠層從整體上看與大氣有一個與地面平植被冠層從整體上看與大氣有一個與地面平 行的交界面。行的交界面。 (2)(2)個體特征不明顯個體特征不明顯 植被冠層與光輻射的相互作用過程可以用均植被冠層與光輻射的相互作用過程可以用均 勻散射層模型模擬，稱之為輻射傳輸模型。勻散射層模型模擬，稱之為輻射傳輸模型。 第三類第

3、三類復雜型。如處于返青期的冬小麥復雜型。如處于返青期的冬小麥 地，又如荒漠或半荒漠地區(qū)的灌從。地，又如荒漠或半荒漠地區(qū)的灌從。 既不像連續(xù)植被層既不像連續(xù)植被層 個體特征又不明顯，個體特征又不明顯， 植被與光輻射相互作用可用植被與光輻射相互作用可用“三維真實模三維真實模 擬擬”或蒙特或蒙特卡羅模擬方法予以描述。卡羅模擬方法予以描述。 第一節(jié)第一節(jié) 單片葉子的光譜特征單片葉子的光譜特征 第二章植被遙感應用模型第二章植被遙感應用模型 葉子的剖面結(jié)構(gòu)葉子的剖面結(jié)構(gòu) 單片葉子的波譜特征單片葉子的波譜特征 單片葉子波譜特征的理論模型單片葉子波譜特征的理論模型 隨機模型隨機模型 單片葉子的非朗伯體特性單片

4、葉子的非朗伯體特性 單葉片光譜模型單葉片光譜模型 平板模型平板模型 Perspect模型模型 葉子的剖面結(jié)構(gòu)葉子的剖面結(jié)構(gòu) 正常生長的植被在多數(shù)情正常生長的植被在多數(shù)情 況，其波譜特征基本上被況，其波譜特征基本上被 葉簇所控制，因此討論植葉簇所控制，因此討論植 被的波譜特征，首先應當被的波譜特征，首先應當 了解單片葉子的光譜特征，了解單片葉子的光譜特征， 光輻射與單葉子的相互作光輻射與單葉子的相互作 用基本上包括兩種物理過用基本上包括兩種物理過 程，散射程，散射(反射反射)與吸收。與吸收。 圖圖1 假想的典型健康葉片的剖面假想的典型健康葉片的剖面 圖圖2葉片的電子顯微影像葉片的電子顯微影像 葉

5、子的剖面結(jié)構(gòu)葉子的剖面結(jié)構(gòu) 蠟質(zhì)層蠟質(zhì)層 表皮層表皮層 海綿組織和葉肉組織海綿組織和葉肉組織 吸收吸收 散射散射 瑞利散射（蛋白質(zhì)、碳水化合物等）瑞利散射（蛋白質(zhì)、碳水化合物等） 米氏散射（葉綠體）米氏散射（葉綠體） 漫反射（多次散射和折射）漫反射（多次散射和折射） 下表皮下表皮 葉子的剖面結(jié)構(gòu)葉子的剖面結(jié)構(gòu) 葉子的剖面結(jié)構(gòu)葉子的剖面結(jié)構(gòu) 單片葉子的波譜特征單片葉子的波譜特征 單片葉子波譜特征的理論模型單片葉子波譜特征的理論模型 隨機模型隨機模型 單片葉子的非朗伯體特性單片葉子的非朗伯體特性 單葉片光譜模型單葉片光譜模型 平板模型平板模型 Perspect模型模型 單葉的波譜特征單葉的波譜特征

6、 健康健康綠色葉片在綠色葉片在0.4-2.6m0.4-2.6m的反射光譜特征的反射光譜特征 0.4m - 0.7m 葉綠素葉綠素a、b，在，在0.45m與與0.64-0.68m為中為中 心有兩個強烈的吸收帶，心有兩個強烈的吸收帶， 胡蘿卜素、葉黃素在胡蘿卜素、葉黃素在0.43m-0.48m范圍內(nèi)范圍內(nèi) 有強烈的吸收帶有強烈的吸收帶 0.7m - 1.1m 散射作用占據(jù)了主導地位，透入葉子內(nèi)部的散射作用占據(jù)了主導地位，透入葉子內(nèi)部的 光線，因細胞壁與細胞孔腔的折射率有明顯光線，因細胞壁與細胞孔腔的折射率有明顯 的差異，因而造成光線在葉子內(nèi)部的多次反的差異，因而造成光線在葉子內(nèi)部的多次反 射與折射

7、射與折射 單葉的波譜特征單葉的波譜特征 組分吸收系數(shù)組分吸收系數(shù) 單葉的波譜特征單葉的波譜特征 單葉的波譜特征單葉的波譜特征 組分吸收系數(shù)組分吸收系數(shù) 1.1m-2.5m 這一波段范圍的波譜特征基本上被液態(tài)水這一波段范圍的波譜特征基本上被液態(tài)水 的吸收特性所控制，兩個強烈的吸收峰，的吸收特性所控制，兩個強烈的吸收峰， 中心分別在中心分別在1.42m1.42m與與1.96 1.96 紅邊紅邊 從以從以0.68m為中心的反射率極小值過渡為中心的反射率極小值過渡 到從到從0.8m開始的反射峰，其間必存在一開始的反射峰，其間必存在一 個拐點個拐點 單葉的波譜特征單葉的波譜特征 單葉的波譜特征單葉的波譜

8、特征 單葉的波譜特征單葉的波譜特征 單葉的波譜特征單葉的波譜特征 單葉的波譜特征單葉的波譜特征 + + = 1 單葉的波譜特征單葉的波譜特征 單葉的波譜特征單葉的波譜特征 單葉的波譜特征單葉的波譜特征 單葉的波譜特征單葉的波譜特征 葉片反射率的測量葉片反射率的測量 積分球，用來測 量組分光譜。 （小目標） 單葉的波譜特征單葉的波譜特征 葉子的剖面結(jié)構(gòu)葉子的剖面結(jié)構(gòu) 單片葉子的波譜特征單片葉子的波譜特征 單片葉子波譜特征的理論模型單片葉子波譜特征的理論模型 隨機模型隨機模型 單片葉子的非朗伯體特性單片葉子的非朗伯體特性 單葉片光譜模型單葉片光譜模型 平板模型平板模型 Perspect模型模型 介

9、質(zhì)中傳輸?shù)囊皇椛?，將因它與物質(zhì)的相互作用介質(zhì)中傳輸?shù)囊皇椛?，將因它與物質(zhì)的相互作用 而減弱。如果輻射強度作用而減弱。而減弱。如果輻射強度作用而減弱。I在它傳播方向在它傳播方向 上通過上通過ds厚度后變?yōu)椋汉穸群笞優(yōu)椋篒+dI，則，則 dI= -kIds 是物質(zhì)密度，是物質(zhì)密度，k表示對輻射波表示對輻射波長長的質(zhì)量消光截面。的質(zhì)量消光截面。 輻射強度的減弱是由物質(zhì)中的吸收以及物質(zhì)對輻射的輻射強度的減弱是由物質(zhì)中的吸收以及物質(zhì)對輻射的 散射所引起。散射所引起。 朗伯朗伯-比爾消光比爾消光 定律定律 單葉波譜特征單葉波譜特征的理論模型的理論模型 單葉波譜特征單葉波譜特征的理論模型的理論模型 輻射

10、強度也可以由于相同波長上物質(zhì)的發(fā)射以及多次散射輻射強度也可以由于相同波長上物質(zhì)的發(fā)射以及多次散射 而增強，多次散射使所有其它方向的一部分輻射進入所研而增強，多次散射使所有其它方向的一部分輻射進入所研 究的輻射方向。我們?nèi)缦露x源函數(shù)系數(shù)，使由于發(fā)射和究的輻射方向。我們?nèi)缦露x源函數(shù)系數(shù)，使由于發(fā)射和 多次散射造成的強度增大為：多次散射造成的強度增大為： dI= jds 源函數(shù)系數(shù)源函數(shù)系數(shù)j具有和質(zhì)量消光截面類似的物理意義。聯(lián)合具有和質(zhì)量消光截面類似的物理意義。聯(lián)合 上述兩個方程得到輻射強度總的變化為：上述兩個方程得到輻射強度總的變化為： dI=-kIds + jds 朗伯朗伯-比爾消光比爾消

11、光 定律定律 單葉波譜特征單葉波譜特征的理論模型的理論模型 當忽略多次散射和發(fā)射的增量貢獻時，輻射傳輸方程可當忽略多次散射和發(fā)射的增量貢獻時，輻射傳輸方程可 以簡化為：以簡化為： 如果在如果在s=0處的入射強度為處的入射強度為I (0)，則在，則在s1處，其射出處，其射出 強度為：強度為： 朗伯朗伯-比爾消光比爾消光 定律定律 單葉波譜特征單葉波譜特征的理論模型的理論模型 假定介質(zhì)消光截面均一不變，即假定介質(zhì)消光截面均一不變，即k不依賴于距離不依賴于距離 s，并定義路徑長度：，并定義路徑長度： 此時出射強度為：此時出射強度為： 這就是著名的比爾定律，或稱布格定律，也可稱這就是著名的比爾定律，或

12、稱布格定律，也可稱 朗伯定律。朗伯定律。 它敘述了忽略多次散射和發(fā)射影響時，通過均勻它敘述了忽略多次散射和發(fā)射影響時，通過均勻 介質(zhì)傳播的輻射強度按簡單的指數(shù)函數(shù)減弱，該介質(zhì)傳播的輻射強度按簡單的指數(shù)函數(shù)減弱，該 指數(shù)函數(shù)的自變量是質(zhì)量吸收截面和路徑長度的指數(shù)函數(shù)的自變量是質(zhì)量吸收截面和路徑長度的 乘積。由于該定律不涉及方向關系，所以它不僅乘積。由于該定律不涉及方向關系，所以它不僅 適用于強度量，而且也適用于通量密度。適用于強度量，而且也適用于通量密度。 朗伯朗伯-比爾消光比爾消光 定律定律 單葉波譜特征單葉波譜特征的理論模型的理論模型 隨機模型隨機模型 1977 1977 年年C.J.Tuc

13、kerC.J.Tucker 對單片葉子的波譜特征進行了數(shù)值模擬，對單片葉子的波譜特征進行了數(shù)值模擬， 他把光子與葉子的相互作用分解為他把光子與葉子的相互作用分解為十個十個相互獨立，而又有相互獨立，而又有 聯(lián)系的聯(lián)系的子過程子過程。 太陽太陽 輻射輻射 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 蠟質(zhì)層蠟質(zhì)層 反射反射 柵欄組織柵欄組織 海綿組織海綿組織 漫反射漫反射 能量能量 柵欄組柵欄組 織散射織散射 柵欄組柵欄組 織吸收織吸收 海綿組海綿組 織散射織散射 海綿組海綿組 織吸收織吸收 漫射透漫射透 過能量過能量 單葉波譜特征單葉波譜特征的理論模型的理論模型 隨機模型（續(xù)）隨機模型（續(xù)） 10個

14、過程：個過程： 1.太陽入射輻射太陽入射輻射 2.蠟質(zhì)層反射的太陽輻射蠟質(zhì)層反射的太陽輻射 3.輻射進入柵欄組織輻射進入柵欄組織 4.柵欄組織的吸收柵欄組織的吸收 5.柵欄組織的散射柵欄組織的散射 6.漫射反射的輻射漫射反射的輻射 7.輻射進入海綿組織輻射進入海綿組織 8.海綿組織的吸收海綿組織的吸收 9.海綿組織的散射海綿組織的散射 10.漫射透射的輻射漫射透射的輻射 聯(lián)接這十個部分之間的箭頭表示它們之聯(lián)接這十個部分之間的箭頭表示它們之 間可能存在的轉(zhuǎn)移過程，只要能確定過間可能存在的轉(zhuǎn)移過程，只要能確定過 程之間的轉(zhuǎn)移概率，那么光輻射與單片程之間的轉(zhuǎn)移概率，那么光輻射與單片 葉子之間的相互作

15、用過程就可以被模擬，葉子之間的相互作用過程就可以被模擬， 用用Rij 表示由表示由j 狀態(tài)向狀態(tài)向i 狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率，狀態(tài)的轉(zhuǎn)移概率， 例如例如R4,3 代表光子在柵欄組織中被吸收代表光子在柵欄組織中被吸收 的概率，顯然這決定于吸收物質(zhì)的種類的概率，顯然這決定于吸收物質(zhì)的種類 及其含量，吸收系數(shù)。及其含量，吸收系數(shù)。 單葉波譜特征單葉波譜特征的理論模型的理論模型 隨機模型（續(xù)）隨機模型（續(xù)） 在柵欄組織中，根據(jù)在柵欄組織中，根據(jù)Beer消光消光 定律：定律： )()(exp( 0 iXppikII I I0 0 為入射光強，為入射光強，k k為吸收系數(shù)。為吸收系數(shù)。XppXpp代表柵欄組織內(nèi)某

16、吸收物質(zhì)的代表柵欄組織內(nèi)某吸收物質(zhì)的 總含量。顯然用（總含量。顯然用（1 1I II I0 0）代表被吸收的概率是合理的。在柵欄）代表被吸收的概率是合理的。在柵欄 組織中有四種吸收物質(zhì)，它們是液態(tài)水，葉綠素組織中有四種吸收物質(zhì)，它們是液態(tài)水，葉綠素a a 與與b b 以及胡蘿卜以及胡蘿卜 素，因此：素，因此： )()(exp(1 (3 , 4 4 1 iXppikR 如果假定光子進入柵欄組織后被吸收的概率有一半是經(jīng)多次散射得到，如果假定光子進入柵欄組織后被吸收的概率有一半是經(jīng)多次散射得到， 則則R4,5R4,51 12R4,32R4,3。同理可得。同理可得R8,7R8,7，其中，其中XSM X

17、SM 代表第代表第i i 種物質(zhì)在海綿狀種物質(zhì)在海綿狀 葉肉層的總含量葉肉層的總含量 )()(exp(1( 4 1 7,8 iXsmikR 單葉波譜特征單葉波譜特征的理論模型的理論模型 隨機模型（續(xù)）隨機模型（續(xù)） 如用如用1-R 4, 3 代表光子進入柵欄組織后，未被吸收的概率，并進一步假定代表光子進入柵欄組織后，未被吸收的概率，并進一步假定 其中一半光子未經(jīng)碰撞而穿出柵欄組織直接進入海綿狀組織，另一半則其中一半光子未經(jīng)碰撞而穿出柵欄組織直接進入海綿狀組織，另一半則 停留在柵欄組織內(nèi)，所以停留在柵欄組織內(nèi)，所以 5,34,3 7,34,3 (1)/ 2 (1)/ 2 RR RR )( 2/

18、)( 2/ 3,55,7 3,55,6 XsmXpp Xsm RR XsmXpp Xpp RR 假定進入柵欄組織的輻射經(jīng)散射后有一半被吸收，另一半穿過柵欄組織假定進入柵欄組織的輻射經(jīng)散射后有一半被吸收，另一半穿過柵欄組織 漫射反射出去和向下進入海綿組織，而漫射反射進入海綿組織的概率，漫射反射出去和向下進入海綿組織，而漫射反射進入海綿組織的概率， 取決于它們之間的質(zhì)量之比，則取決于它們之間的質(zhì)量之比，則 單葉波譜特征單葉波譜特征的理論模型的理論模型 隨機模型（續(xù)）隨機模型（續(xù)） R9,7=1-R8,7 R5,5=1-R4,5-R6,5-R7,5 R9,9=1-R3,9-R10,9-R8,9 R2

19、,2=R4,4=R6,6=R8,8=R10,10=1 R3,1=1-R2,1 R10,9=0.12 R3,9=0.08 R2,1=0.01 其他上面未涉及到其他上面未涉及到Rij 值均取值均取“零零”，即為不可能事，即為不可能事 件。件。 單葉波譜特征單葉波譜特征的理論模型的理論模型 隨機模型隨機模型(續(xù)續(xù)) 假設在下列假設條件下進行數(shù)值模擬。假設在下列假設條件下進行數(shù)值模擬。 （1）光線垂直直射葉子表面）光線垂直直射葉子表面 （2）上表面蠟層的反射率為）上表面蠟層的反射率為1% （3）上、下表皮層為透明層）上、下表皮層為透明層 （4）葉綠素）葉綠素a 與與b 之間的比例為之間的比例為3 :

20、1，總濃度為，總濃度為0.024mg/cm2 （5）胡蘿卜素的含量比例為）胡蘿卜素的含量比例為25%，總濃度為，總濃度為0.008mg/ cm2 （6）水分含量為總重的）水分含量為總重的70%，總等值水厚度為，總等值水厚度為0.014cm （7） R 10, 9 =0.12, R3,9 =0.08 （8）葉子內(nèi)部各部份之間散射光強度之比決定于它們之間的質(zhì)量之比。）葉子內(nèi)部各部份之間散射光強度之比決定于它們之間的質(zhì)量之比。 （9）假定葉子溫度為）假定葉子溫度為20 單葉波譜特征單葉波譜特征的理論模型的理論模型 隨機模型隨機模型(續(xù)續(xù)) 用矩陣用矩陣P 表達上述過程及其間相互關系，則表達上述過程及

21、其間相互關系，則 ) , 0 , 0 (1,P R 0 0 0 0 0 0 0 0 0 R R R 0 0 0 0 R 0 0 0 0 R 0 0 0 0 0 0 0 R R R 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 R 0 0 0 0 0 0 0 0 R R R R 0 0 0 0 0 0 0 0 0 R 0 0 0 0 0 0 R 0 R R 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 R 0 0 0 0 0 0 0 0 R R 0 P T 0 10,10 10,99,98,93,9 8,8 10,79,78,7 6,6 7,56,55,54,5 4,4 7,35,3 4,3 2,2

22、 3,12,1 : . 其初始狀態(tài) 為 單葉波譜特征單葉波譜特征的理論模型的理論模型 隨機模型隨機模型(續(xù)續(xù)) 假定過程是平穩(wěn)的假定過程是平穩(wěn)的,因此可用平穩(wěn)馬爾柯夫鏈描述因此可用平穩(wěn)馬爾柯夫鏈描述 之，經(jīng)之，經(jīng)n步之后的概率為步之后的概率為: o n n PPP 最終狀態(tài)為最終狀態(tài)為: pPP n n 0 lim 如果如果p p中的元素取中的元素取“零零”值，則表明該過程為不穩(wěn)定過程，值，則表明該過程為不穩(wěn)定過程， 即不可能出現(xiàn)的過程，如果取值為即不可能出現(xiàn)的過程，如果取值為“1”1”代表必然過程，代表必然過程， 如果取值在如果取值在0-1 0-1 之間的某個值，則該過程出現(xiàn)的概率為該之間的

23、某個值，則該過程出現(xiàn)的概率為該 值所描述。那么最終反射率為值所描述。那么最終反射率為p p中狀態(tài)中狀態(tài)2 2和和6 6的和的和; ; 吸收率吸收率 為狀態(tài)為狀態(tài)4 4和和8 8的和的和, ,透過率為透過率為1010。 單葉波譜特征單葉波譜特征的理論模型的理論模型 隨機模型模擬的黑楓樹葉片反射率與實測值比較隨機模型模擬的黑楓樹葉片反射率與實測值比較 單葉波譜特征單葉波譜特征的理論模型的理論模型 葉子的剖面結(jié)構(gòu)葉子的剖面結(jié)構(gòu) 單片葉子的波譜特征單片葉子的波譜特征 單片葉子波譜特征的理論模型單片葉子波譜特征的理論模型 隨機模型隨機模型 單片葉子的非朗伯體特性單片葉子的非朗伯體特性 單葉片光譜模型單葉

24、片光譜模型 平板模型平板模型 Perspect模型模型 單片葉子的非朗伯體特性 意義意義 是建立正確植被冠層雙向反射率模型的基礎是建立正確植被冠層雙向反射率模型的基礎 建立單片葉子的非朗伯體模型將為人們利用偏振建立單片葉子的非朗伯體模型將為人們利用偏振 度測量獲取更多有用的植被信息鋪平道路。度測量獲取更多有用的植被信息鋪平道路。 實驗結(jié)果實驗結(jié)果 規(guī)律規(guī)律 單片葉子的非朗伯體特性單片葉子的非朗伯體特性 單片葉子的非朗伯體特性單片葉子的非朗伯體特性 單片葉子的非朗伯體特性單片葉子的非朗伯體特性 反射率因子的極大值一般在主平面內(nèi)前向散射方反射率因子的極大值一般在主平面內(nèi)前向散射方 向，方位角約在向

25、，方位角約在150 180之間，之間，極小值在天極小值在天 底角附近底角附近。 入射光入射光天頂角越大天頂角越大，這種非朗伯體特性越顯著。，這種非朗伯體特性越顯著。 一般講隨視角天頂角的增加，其雙向反射率因子一般講隨視角天頂角的增加，其雙向反射率因子 隨之增加，增加的速率，隨角度增加而增加，我隨之增加，增加的速率，隨角度增加而增加，我 們稱這為們稱這為碗邊效應碗邊效應，當，當20時，可以被視為近時，可以被視為近 似朗伯體。似朗伯體。 單片葉子的非朗伯體特性單片葉子的非朗伯體特性 葉子內(nèi)部物質(zhì)對可見光的強烈吸收，以及對近紅外波段弱葉子內(nèi)部物質(zhì)對可見光的強烈吸收，以及對近紅外波段弱 吸收，致使可見

26、光波段的（吸收，致使可見光波段的（BRF)v數(shù)值上小于近紅外波段的數(shù)值上小于近紅外波段的 （BRF)If。 透射率因子（透射率因子（BTF）比反射率因子（）比反射率因子（BRF）更接近朗伯體。）更接近朗伯體。 當入射光的天頂角越大，則前向散射極大值附近的當入射光的天頂角越大，則前向散射極大值附近的BRF的偏的偏 振度亦越大。振度亦越大。 方向方向半球反射率因子，隨入射光的天頂角增加而增加，半球反射率因子，隨入射光的天頂角增加而增加， 而方向而方向 半球透射率因子則呈相反的變動趨勢。半球透射率因子則呈相反的變動趨勢。 單片葉子的非朗伯體特性單片葉子的非朗伯體特性 葉子的剖面結(jié)構(gòu)葉子的剖面結(jié)構(gòu) 單

27、片葉子的波譜特征單片葉子的波譜特征 單片葉子波譜特征的理論模型單片葉子波譜特征的理論模型 隨機模型隨機模型 單片葉子的非朗伯體特性單片葉子的非朗伯體特性 單葉片光譜模型單葉片光譜模型 平板模型平板模型 Perspect模型模型 單葉片光譜模型 平板模型平板模型 Perspect 模型模型 1990由Jacquemoud和Baret提出 基于“平板模型” 可見光中紅外波段 三個參數(shù)模擬反射率和透射率 假2個參數(shù)，蛋白質(zhì)和纖維素-模擬 葉片光譜 單葉片光譜模型平板模型平板模型 假設：假設： 1.葉片是一個緊密的平板，均勻地充滿了吸收和散射物質(zhì)；葉片是一個緊密的平板，均勻地充滿了吸收和散射物質(zhì)； 2

28、.平板表面是個朗伯體。平板表面是個朗伯體。 單葉片光譜模型單葉片光譜模型 T 1 2 35 4 10 68 7 12 13 119 R D I0 介質(zhì)介質(zhì) 1 2 3 平板模型光線走向示意平板模型光線走向示意 1 R12 2 T12 3 T12 4 T12T23 5 T12R23 6 T122R23 7 T12 2R23T21 8 T12 2R23R21 9 T12 3R23R21 10 T12 3R23R21T23 11 T12 3R23R21R23 12 T12 4R232R21 13 T12 4R232R21T21 單葉片光譜模型單葉片光譜模型 板的反射率板的反射率R由由1,7,13,的

29、和決定，透過率的和決定，透過率T由由4，10，的的 和決定。和決定。 )1/( .)1 ( )1/( .)1 ( 2123 2 2321 2123 2 2321 2123 2 23 2 211212 2123 2 23 2 211212 RRTT RRTTT RRRTTR RRRTTRR 下標下標代表介質(zhì)代表介質(zhì)1 1，2 2和和3 3， 為平板的透射系數(shù)，為平板的透射系數(shù)， 而而T T21 21 T T23 23，并且可由式 ，并且可由式T T21 21 n n-2 -2T T12 12或觀測得到， 或觀測得到， 如果代入如果代入T T21 21的表達式，那么 的表達式，那么1-11-1和和

30、1-21-2可寫為：可寫為： 2312 TT )(/( )(/()()1 ( 2 12 2242 12 2 2 12 224 12 22 12 2 12 TnnTnT TnnTnTTR 單葉片光譜模型單葉片光譜模型 n為兩種介質(zhì)的相對折射指數(shù)，為兩種介質(zhì)的相對折射指數(shù)，為平板的透射系數(shù)；為平板的透射系數(shù)； Tij為為介質(zhì)介質(zhì)i和和j的界面的透射比。的界面的透射比。 兩個介質(zhì)界面對入射角為兩個介質(zhì)界面對入射角為立體角范圍內(nèi)輻射立體角范圍內(nèi)輻射的平均透射的平均透射: 比：比： dnTnTnT psav sincos2),(2/1),(2/1 ),( )(sin 0 2 T Ts s（ , n, n

31、）是界面對于矢量與入射平面垂直的輻射的）是界面對于矢量與入射平面垂直的輻射的 透射比透射比 T Tp p（ , n, n）是對于矢量與入射平面平行的輻射的透射）是對于矢量與入射平面平行的輻射的透射 比，它們的表達非常復雜，但是可以精確求得。比，它們的表達非常復雜，但是可以精確求得。 T T12 12等于 等于 為為9090度時的平均透射比度時的平均透射比T Tav av（ （9090，n n） 單葉片光譜模型單葉片光譜模型 PROSPECT PROSPECT 模型是模型是基于平板基于平板模型發(fā)展起來的。模型發(fā)展起來的。 雖然光線入射到葉片上時看似垂直，實際上從微雖然光線入射到葉片上時看似垂直，

32、實際上從微 觀的角度看，入射光線是以一定的角度入射到葉觀的角度看，入射光線是以一定的角度入射到葉 片上的。片上的。 ROSPECTROSPECT模型考慮到了這個現(xiàn)象，引入了立體模型考慮到了這個現(xiàn)象，引入了立體 角角 ， 由相對于葉平面法線的最大入射角由相對于葉平面法線的最大入射角 來確來確 定，假定光線都是從這個立體角里穿過葉片的。定，假定光線都是從這個立體角里穿過葉片的。 首先對原有公式首先對原有公式1-11-1和和1-21-2進行了修改，得到進行了修改，得到: : 單葉片光譜模型 PROSPECT 模型模型 單葉片光譜模型單葉片光譜模型 平板透射系數(shù)平板透射系數(shù) 是和吸收系數(shù)緊密聯(lián)系的一個

33、變量是和吸收系數(shù)緊密聯(lián)系的一個變量。在。在平板平板 模型中，令模型中，令k k為平板介質(zhì)的吸收系數(shù)為平板介質(zhì)的吸收系數(shù)，斜射，斜射光線走過的路程光線走過的路程 為為D Dcoscos ，平板沿這個，平板沿這個光線的光線的透射系數(shù)為透射系數(shù)為expexp( (kDkD/cos/cos ) )， 平板總的平板總的透射系數(shù)是透射系數(shù)是在半球空間中的積分，即：在半球空間中的積分，即： PROSPECT 模型參數(shù)的確定模型參數(shù)的確定 透射系數(shù)透射系數(shù)的確定的確定 K xKkD dxexKeKde 12 2/ 0 cos/ )1 (sincos KkD 單葉片光譜模型單葉片光譜模型 PROSPECT 模型

34、參數(shù)的確定（續(xù)）模型參數(shù)的確定（續(xù)） 透射系數(shù)透射系數(shù)的確定的確定 ke是無任何吸收物質(zhì)葉片（白化葉片）的吸是無任何吸收物質(zhì)葉片（白化葉片）的吸 收系數(shù)；可以認為是常量；收系數(shù)；可以認為是常量；ki是各種生化組是各種生化組 分的吸收系數(shù)；分的吸收系數(shù)；Ci為各種組分的含量。為各種組分的含量。 k k認為是組分吸收系數(shù)的線性組合：認為是組分吸收系數(shù)的線性組合： eii kCkk * 單葉片光譜模型單葉片光譜模型 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 4009001400 1900 2400 c10 c20 c30 c40 波長（nm） 反 射 率 c10 c20 c30 c40 0

35、 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 400900 1400 1900 2400 c10 c20 c30 c40 c10 c20 c30 c40 不同葉綠素含量下模擬葉片的反射率和透過率不同葉綠素含量下模擬葉片的反射率和透過率 透過率 單葉片光譜模型單葉片光譜模型 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 400900140019002400 w05 w10 w15 w20 波長（nm） w05 w10 w15 w20 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 400900 1400 1900 2400 w05 w10 w15 w20 w05 w10 w15 w20 不同水分含量下模擬的葉片的反射率和透過率不同水分含量下模擬的葉片的反射率和透過率 單葉片光譜模型單葉片光譜模型 將植被冠層分為三種類型： 連續(xù)植被連續(xù)植被行播作物行播作物 離散植被離散植被 輻射傳輸模型（輻射傳輸模型（RT） 幾何光學模型幾何光學模型(GO）