遥感物理答疑章

遥感物理答疑章第一章基本概念遥感物理第一节基本定义√§1.1.1表征电磁辐射的物理量

§1.1.2电磁波与介质的相互作用

§1.1.3物体表面的反射特性

§1.1.4遥感数据定标第2页,共45页，2024年2月25日，星期天小结辐射度量一览表辐射量符号定义单位辐射能量Q焦耳(J)辐射通量Φ

(2)Q/t(λ)瓦(W)辐照度E

(2)Φ/A(λ)瓦/米²(W/m²)辐出度M

(2)Φ/A(λ)瓦/米²(W/m²)辐射强度I

(2)Φ/Ω(λ)瓦/球面度(W/Sr)辐射亮度L

2(3)Φ/AΩ(λ)瓦/米²•球面度(W/m²•Sr)第3页,共45页，2024年2月25日，星期天基本辐射量总结：表征辐射的物理量很多：能量、通量、密度、强度、亮度，以及谱（分谱）……需要注意的是：文献中的称谓不尽相同，关键看单位最重要的是密度（通量）和亮度凡是涉及面积的都要注意使用法向面积，即cosθ第4页,共45页，2024年2月25日，星期天第一章基本概念遥感物理第一节基本定义

§1.1.1表征电磁辐射的物理量√

§1.1.2电磁波与介质的相互作用

§1.1.3物体表面的反射特性

§1.1.4遥感数据定标第5页,共45页，2024年2月25日，星期天电磁波与介质的相互作用总结：作用类型散射吸收（发射）反射透射率：以比例形式表征的反射、透射和吸收强度与入射辐射强度无关

ρ+τ+α=1（无自身发射）光谱……、地物光谱特性第6页,共45页，2024年2月25日，星期天第一章基本概念遥感物理第一节基本定义

§1.1.1表征电磁辐射的物理量

§1.1.2电磁波与介质的相互作用√§1.1.3物体表面的反射特性

§1.1.4遥感数据定标第7页,共45页，2024年2月25日，星期天反射特性总结：反射分类镜面反射漫反射：朗伯体、F=πL方向反射双向反射率分布函数（BRDF）双向反射率因子（BRF、BRDF）半球反射率（albedo）折射定律布儒斯特角……第8页,共45页，2024年2月25日，星期天第一章基本概念遥感物理第一节基本定义

§1.1.1表征电磁辐射的物理量

§1.1.2电磁波与介质的相互作用

§1.1.3物体表面的反射特性

√§1.1.4遥感数据定标第9页,共45页，2024年2月25日，星期天定标时要注意

定标公式针对何种真实物理量密度？亮度？反射率？

a是负数时，定标前后图象视觉相反云？计算某一波段的反射率定标参数时，太阳辐射要对波段响应函数积分λ响应函数第10页,共45页，2024年2月25日，星期天第一章基本概念遥感物理第二节辐射传输(radiancetransfer)√§1.2.1传输方程

§1.2.2源函数中散射的表达第11页,共45页，2024年2月25日，星期天总结两个概念：光学厚度、平面平行介质一组不同表达形式的传输方程：传输方程的简单解（比尔定律）：e的指数形式第12页,共45页，2024年2月25日，星期天第一章基本概念遥感物理第二节辐射传输(radiancetransfer)

§1.2.1传输方程√

§1.2.2源函数中散射的表达第13页,共45页，2024年2月25日，星期天总结两个概念：散射相函数、单次散射反射率考虑散射与发射源函数的传输方程：传输方程中的散射表达是导致方程复杂化的根本原因，也是辐射传输过程的魅力所在。第14页,共45页，2024年2月25日，星期天第一章基本概念遥感物理第三节辐射传输方程的解

(ResolutionofRTEquations)√§1.3.1源函数J与待求强度I无关时的解

§1.3.2单次散射解与散射逐次计算法

§1.3.3二流(two-stream)近似第15页,共45页，2024年2月25日，星期天总结辐射传输方程的求解是对τ的积分，而J与I是否有关决定了求解难易。不考虑源函数的解为比尔-布格-朗伯定律，只考虑发射的解也相对简单。注意辐射传输方程中单次散射项也与I无关：下一小节将重点解决该问题。第16页,共45页，2024年2月25日，星期天第一章基本概念遥感物理第三节辐射传输方程的解

(ResolutionofRTEquations)

§1.3.1源函数J与待求强度I无关时的解√§1.3.2单次散射解与散射逐次计算法

§1.3.3二流(two-stream)近似第17页,共45页，2024年2月25日，星期天总结在辐射传输方程中，单次散射源函数J与待求强度I无关，可以求出解析解。单次散射解中的第1项反映了比尔-布格-朗伯定律，有时也称为零次散射解，而将第2项，即对源函数的积分结果称为单次散射解。利用逐次计算方法可以依次得到各次散射的源函数和强度，进而求出考虑多次散射的方程解。第18页,共45页，2024年2月25日，星期天第一章基本概念遥感物理第三节辐射传输方程的解

(ResolutionofRTEquations)

§1.3.1源函数J与待求强度I无关时的解

§1.3.2单次散射解与散射逐次计算法√§1.3.3二流(two-stream)近似第19页,共45页，2024年2月25日，星期天总结1利用二流近似方法可以求解多次散射影响，尤其适合于通量密度的解算。3个关键步骤：与方位无关时辐射传输方程的简化——去掉φ

勒让德多项式展开——将μ与μ’分开高斯公式展开——将μ’积分换成求和流数（双数）增多将使精度提高；传输方程变成方程组，方程个数与流数相等。第20页,共45页，2024年2月25日，星期天总结2不考虑源函数、源函数与待求强度无关（只考虑发射或/和单次散射）、考虑多次散射，这三种情况的解由易到难。对多次散射的考虑，构成辐射传输求解中最具活力的一部分，相关新方法和手段层出不穷。辐射传输方程在不同介质中应用时，关键是要确定散射相函数P(Ω,Ω’)、τ、ω的形式，以及如何将它与介质的一些参数建立联系。第21页,共45页，2024年2月25日，星期天遥感物理第四节遥感数据基本特征√§1.4.1电磁波特性

§1.4.2遥感数据的五种基本特征

§1.4.3遥感数据角度特征第一章基本概念第22页,共45页，2024年2月25日，星期天第二章植被遥感模型遥感物理第一节混合象元模型√§2.1.1概念的提出

§2.1.2线型模型

§2.1.3线型模型反演第23页,共45页，2024年2月25日，星期天总之：当我们关注象元时，我们用混合象元或纯象元等名词。当我们关注象元内部时，我们用端元或子象元等名词。通常，端元的含义与子象元的含义相同。混合象元分解也称为子象元分解，主要目的就是为了求算各子象元（端元）所占的面积（比例）。当然，子象元（端元）的精确位置是无法通过分解确定的。第24页,共45页，2024年2月25日，星期天第二章植被遥感模型遥感物理第一节混合象元模型§2.1.1概念的提出√

§2.1.2线型模型

§2.1.3线型模型反演第25页,共45页，2024年2月25日，星期天第二章植被遥感模型遥感物理第一节混合象元模型§2.1.1概念的提出

§2.1.2线型模型√§2.1.3线型模型反演第26页,共45页，2024年2月25日，星期天第二章植被遥感模型遥感物理第二节冠层反射率模型--几何光学模型

CanopyReflectance(CR)Model–Geometric-OpticalModel√§2.2.1稀疏分布林冠椭球模型

§2.2.2浓密分布条件下的模型

§2.2.3进一步的讨论第27页,共45页，2024年2月25日，星期天总结

模型成立的条件：稀疏分布。几何光学模型假设地表被观测地物（不仅限于树冠）有一定的几何形状。本小节采用椭球近似，并通过坐标转换，变为球型，以简化表达式。模型建立的关键是明确光照树冠、阴影树冠、光照背景、阴影背景等四分量的面积比例。模型中引入了林业调查中所关心的、具有实际统计意义的2个参量，λ和R，使反演成为可能。模型还做了2个假设：RC、RT、RG、RZ具有朗伯性质；只考虑直射光，忽略天空散射光第28页,共45页，2024年2月25日，星期天第二章植被遥感模型遥感物理第二节冠层反射率模型--几何光学模型

CanopyReflectance(CR)Model–Geometric-OpticalModel§2.2.1稀疏分布林冠椭球模型√

§2.2.2浓密分布条件下的模型

§2.2.3进一步的讨论第29页,共45页，2024年2月25日，星期天总结

布尔模型给出了间隙概率公式，成功地引入e，使其有可能与辐射传输的解接轨。浓密条件下的模型与树冠的几何形状依然有关，但是公式相对复杂得多；稀疏模型可以看作是浓密模型的近似。以上两小节给出的模型都是很初步的。以上两小节推导的模型除了前面总结中提到的两个假设外，还均假设树冠是刚体，即光线只在树冠表面反射，而没有穿透后的多次散射过程。由于以上两小节推导的冠层反射率与冠层上方入射方向和出射方向均有关系，所以这是一个二向反射模型。第30页,共45页，2024年2月25日，星期天第二章植被遥感模型遥感物理第二节冠层反射率模型--几何光学模型

CanopyReflectance(CR)Model–Geometric-OpticalModel§2.2.1稀疏分布林冠椭球模型

§2.2.2浓密分布条件下的模型√§2.2.3进一步的讨论第31页,共45页，2024年2月25日，星期天进一步的讨论前面两小节给出的模型都是比较简单、初步的，通过它们可以掌握冠层二向反射的几何光学模型的大致脉络和思路。但是如果要开展深层次的工作，还需要阅读大量文献，掌握这一领域的最新动态。需要关注的有：√树冠的非刚体性研究√浓密分布的非随机性研究√核驱动模型研究树冠遮挡、双向投影重叠、天空散射光等在模型中的复杂表述。第32页,共45页，2024年2月25日，星期天第二章植被遥感模型遥感物理第三节冠层反射率模型—辐射传输模型

CanopyReflectance(CR)Model–RadianceTransferModel√§2.3.1冠层反射率模型

§2.3.2植被辐射传输中常用参数

§2.3.3植被辐射传输方程及解

§2.3.4Nilson–Kuusk模型第33页,共45页，2024年2月25日，星期天总结植被指数（0维）--混合象元（2维）--冠层反射率（3维）纹理-象元-端元-组分-材料叶片尺度与取向造成植被辐射传输的特殊性第34页,共45页，2024年2月25日，星期天第二章植被遥感模型遥感物理第三节冠层反射率模型—辐射传输模型

CanopyReflectance(CR)Model–RadianceTransferModel§2.3.1冠层反射率模型√§2.3.2植被辐射传输中常用参数

§2.3.3植被辐射传输方程及解

§2.3.4Nilson–Kuusk模型第35页,共45页，2024年2月25日，星期天总结叶面积密度分布、G函数和

函数均为表征叶片群体特征的统计量。叶面积密度分布可以与叶面积指数挂钩。G函数为植被传输中所特有，可以与叶倾角LAD挂钩。

函数是植被辐射传输方程中的散射相函数。第36页,共45页，2024年2月25日，星期天第二章植被遥感模型遥感物理第三节冠层反射率模型—辐射传输模型

CanopyReflectance(CR)Model–RadianceTransferModel§2.3.1冠层反射率模型

§2.3.2植被辐射传输中常用参数√

§2.3.3植被辐射传输方程及解

§2.3.4Nilson–Kuusk模型第37页,共45页，2024年2月25日，星期天总结植被中的辐射传输方程：G、Γ均不随高度变化时，植被冠层零、单次反射率：植被冠层反射率R=R0+R1+Rm第38页,共45页，2024年2月25日，星期天第二章植被遥感模型遥感物理第三节冠层反射率模型—辐射传输模型

CanopyReflectance(CR)Model–RadianceTransferModel§2.3.1冠层反射率模型

§2.3.2植被辐射传输中常用参数

§2.3.3植被辐射传输方程及解√§2.3.4Nilson–Kuusk模型不考第39页,共45页，2024年2月25日，星期天第三章土壤和冰雪遥感遥感物理第一节