植被遥感上机课程植被辐射传输模型PPT课件

1,植被辐射传输过程,400-2500nm：地表反射率,.,2,叶片光谱受到叶片色素的影响,植被患病变色,3,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,4,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。,5,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,6,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？,7,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）,8,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,.,9,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,.,10,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）,.,11,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）,.,12,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,13,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,14,叶片模型,实习内容：平板模型，以PROSPECT为例,.,15,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。,16,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（叶肉透过系数有关）Cw叶片含水量（叶肉透过系数有关）Cm干物质含量（叶肉透过系数有关）n叶肉界面折射指数n；（叶肉界面的折射属性）最大入射角（叶表面粗糙度）,.,17,输出：叶片反射率和透过率（400-2500nm，5nm间隔）,18,PROSPECT模型(WINSail软件中)实习,19,从WINSail软件中打开PROSPECT,20,PROSPECT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,21,PROSPECT模型的参数输入表,22,PROSPECT模型(WINSail）两种数据获取方式：单波段多波段,模拟计算,23,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。,.,24,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,25,冠层模型,实习内容：连续型冠层模型(SAIL为例),26,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,27,PROSAIL模型的参数输入表,28,SAIL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,29,叶倾角分布函数,30,单独使用WINSail模拟分析冠层结构参数和反射率光谱的关系,31,31,冠层反射率随：叶面积指数LAI、平均叶倾角LAD的变化,32,WINSail结合PROSPECT分析叶片参数对冠层反射率的影响,33,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,34,叶片模型,实习内容：针叶模型，以LIBERTY为例,35,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。,36,LIBERTY模型输入参数,37,LIBERTY,LIBERTY模型输入参数的英文对照,38,LIBERTY模型（5-SCALE软件中）实习,39,5-SCALE,RUNLIBERTY,40,41,输出文件的设置,42,冠层模型,实习内容：几何光学模型(5-SCALE为例),43,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,44,5-SCALE建模,叶片,独立个体的冠层,空间分布,45,5-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,46,5-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。,47,5-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）光谱,48,太阳入射平面的二向性,49,植被分布参数,太阳与观测参数,冠层形状,枝干属性,四种工作模式,叶片与下界面属性,5