Prospect-sail模型.ppt

PROSPECT+SAIL 模型,PROSPECT模型是在Allen的平板模型基础上发展起来的。它通过模拟叶片从400 nm到2500 nm的上行和下行辐射通量而得到叶片的光学特性。 PROSPECT模型把叶片看做为一个表面粗糙的均匀平板，把非致密型叶片当做由N层平板和N-1层空气组成。现在N已经被扩展到实数范围内，N实际描述的是叶片内部的结构。 光线入射到叶片上时看似垂直，实际上从微观的角度看，入射光线是以一定的角度入射到叶片上的。PROSPECT模型考虑到了这个现象，引入了立体角，由相对于叶平面法线的最大入射角来确定，假定光线都是从这个立体角里穿过叶片的。,PROSPECT 模型,简化公式如下：,其中，是最大入射角， 是所有入射和折射方向的平均辐射在平板表面的透射率，n是叶肉界面折射指数，N是叶片叶肉结构参数。,SAIL 模型,SAIL( Scattering by Arbitrarily Inclined Leaves)模型是一个冠层二向反射率模型，它假设植物冠层是由方位随机分布的水平、均一及无限扩展的各向同性叶片组成的混合体，并且叶子的反射、散射均具有漫反射性质。 SAIL模型则是在Suits模型的基础上，以接近现实的任意取向的叶子去代替Suits模型的水平投影与垂直投影，所以比Suits模型更接近观测数据。当给定冠层结构参数和环境参数时，就可以计算任何太阳角度和观测方向的冠层反射率和透射率。,其中，K为直射辐射的消弱系数，ES为由上而下传输的直射辐射通量密度，为消光系数，为背向散射系数，S为同向直射辐射的散射系数，S为背向直射辐射的散射系数，E0为观测方向上的通量密度，、为由E+、E-、ES向观测方向上传输的辐射亮度的转化系数。,PROSPECT+SAIL模型模拟过程： （1）通过PROSPECT模型获取的植被叶片反射率r和透射率； （2）将叶片反射率和透射率输入SAIL模型，再结合其它相关参数，模拟得到植被冠层反射率。,模型需要4个参数： 最大入射角 叶肉界面折射指数n 透射系数 叶片叶肉结构参数N,入射角取决于反射表面的几何性质，而且通常也随着植株的不同而不同，一般取它的最优值=59。 折射指数n由Jacquemoud等模拟得到，叶肉界面物质的折射指数接近于1.4，从400nm 到2400nm呈规则递减。 是K(组分吸收系数的线性组合)的函数，我们假设叶的吸收是由水、叶绿素、干物质和褐色素引起的，因此，就可以由叶片的生化参数决定。叶片的生化组分含量来自于实测数据或数据库（如LOPEX93）。,PROSPECT模型模拟叶片反射率和透射率,LOPEX 93(Leaf Optical Properties Experiment)植物生化参数数据库是由欧盟委员会联合研究中心(Joint Research Centre of the European Commission)的空间应用研究所( Space Applications Institute)实测获取的，包括70个叶片样本，代表了50种木本和草本植物。数据体现了叶片内部结构、色素含量、水分含量和其它组分含量的多样性。 叶片叶肉结构参数N是模型的一个假设参数，它的值一般取自研究者(S.Jacquemoud)根据实测数据拟合的均值(1.3)，或者参考LOPEX 93数据库。 给定不同的结构参数和生化含量，就可以模拟叶片的反射率和透过率。,要模拟的波段范围和波段间隔,叶片叶肉结构参数N,叶片生化组分含量,入射光线相对于叶平面法线的最大入射角,叶肉界面折射指数n,各生化组分的吸收系数,组分吸收系数的线性组合,模拟结果,SAIL模型模拟冠层反射率和透射率,模型需要以下参数： 叶片反射率r和透射率 背景反射率 叶面积指数LAI 叶倾角分布LAD 太阳天顶角 观测天顶角和方位角,Input Parameters Frame,Sample Leaf Angle Distributions (LAD) Frame,Canopy Composition Frame,Leaf Area Index Frame,Input Data and Options Frame,Input Parameters Frame Fraction Direct Solar：太阳入射辐射中太阳直射光所占的份额。取1表示全部是直射光，取0表示全部是天空散射光。 Solar Declination：太阳赤纬。范围为-23.5（冬季）23.5（夏季）。用于计算太阳天顶角。 Latitude (decimal degrees)：十进制表示。用于计算太阳天顶角。 View Azimuth Angle：观测方位角。当太阳方向和观测方向相同时，为0，相反时，为180。 View Zenith Angle：观测天顶角。 Time of Day (decimal hour)：观测时间。用于计算太阳天顶角。 Calculate APAR：选择是否计算APAR。 太阳天顶角由Solar Declination、Latitude和Time of Day计算得到。,Input Data and Options Frame： Number of canopy layer(s)：冠层水平分层层数。范围为1-9层。分的层数越多，结果越精确。 Number of component(s)：冠层元素数。范围为1-9。不同的组分有不同的光学特性和叶倾角分布。 Leaf Reflectance/transmittance：每种冠层元素均须知道它的反射率和透射率。软件自带的有玉米、大豆、雪松和铁杉，也可以使用自己实测的数据或模拟的结果。数据格式如下： WAVE REFL TRAN 500 6.81 1.43 or 510.000,7.320,3.080 or 520 8.41 6.39 注意：软件最多可模拟501个波段。 Background Reflectance：软件自带的有两个：SAILSOIL.DAT和BACKGDRF.DAT Background Spectrum：选择背景类型，例如软件自带的土壤反射率文件有5种类型。 WAVE SOIL1 SOIL2 SOIL3 SOIL4 SOIL5 注意：冠层元素和背景的波长范围、波长间隔必须相同。,Leaf Area Index Frame 设定不同的LAI值来模拟冠层反射率和透射率。 Sample Leaf Angle Distributions (LAD) Frame 软件提供了7种LAD类型，分别是自定义型、均一型、球面型、平面型、竖直型、倾斜型和可供用户自己修改的类型。 Canopy Composition Frame 不同冠层元素和层可以设置不同的叶倾角分布，不同层里面元素的比例也可以修改。点击相应元素相应层，右侧显示它的叶倾角分布，也可以直接修改。 注意：键入数据不要用小键盘。,左图是运行后，显示计算出的太阳天顶角、当前波长、背景反射率和植物