北大定量遥感-植被遥感-北大精品课.pdf

北京大学

植被遥感中的几何光学植被遥感中的几何光学
和辐射传输和辐射传输
讲座教师讲座教师
牛铮,博士,研究员
中国科学院遥感应用研究所
北京朝阳区大屯路,100101
Tel. 64889215
E-mail ******@irsa.
植被遥感中的几何光学植被遥感中的几何光学
和辐射传输和辐射传输
第一节第一节冠层反射率模型冠层反射率模型
CanopyCanopy ReflectanceReflectance (CR)(CR) ModelModel
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遥感数据的五种基本特征遥感数据的五种基本特征
当遥感以数据形式记录电磁波信号时,数据本当遥感以数据形式记录电磁波信号时,数据本
身就隐含了一定的电磁波特性,例如以特定波长的身就隐含了一定的电磁波特性,例如以特定波长的
特定偏振状态在特定时间和特定观测方向上记录特特定偏振状态在特定时间和特定观测方向上记录特
定空间范围内的电磁波通量或强度。所以我们所获定空间范围内的电磁波通量或强度。所以我们所获
取的遥感数据通常是反映目标物特征的全部电磁波取的遥感数据通常是反映目标物特征的全部电磁波
信息的一个子集。信息的一个子集。
 LL ,( t,s, , )p
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地物反射光谱特性地物反射光谱特性
物体反射率随波长而改变的特性称为地物反射物体反射率随波长而改变的特性称为地物反射
光谱特性。光谱特性。
光谱曲线:
植物?
水体?
土壤?
云?雪?
水体+叶绿素?
水体+泥沙?
新雪、旧雪?
地物波谱(特性)
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混合象元混合象元(mixed(mixed pixel)pixel)
象元中存在多于象元中存在多于 11 种地物时,称其为种地物时,称其为““混合象混合象
元元””。与此相对应,只包括。与此相对应,只包括 11种地物的象元为种地物的象元为
““纯象元纯象元””(pure(pure pixel)pixel)。。
事实上,遥感图象中,尤其是低空间分辨率事实上,遥感图象中,尤其是低空间分辨率
的图象中,各个象元通常都包括多种地物。的图象中,各个象元通常都包括多种地物。
尽管不同的自然地物有其不同的波谱、时尽管不同的自然地物有其不同的波谱、时
间、角度等特征,但是遥感记录的象元只有间、角度等特征,但是遥感记录的象元只有
单一的波谱、时间、角度等特征,即混杂后单一的波谱、时间、角度等特征,即混杂后
的特征。它给遥感解译造成困扰。的特征。它给遥感解译造成困扰。
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我们如何定量地研究植被覆盖区域的反射特征?我们如何定量地研究植被覆盖区域的反射特征?
植被遥感中,从一开始就被普遍认同和采用的方法
是,利用植被反射光谱在可见光和近红外波段上明
显的不同,构建遥感植被指数,在研究纠正植被形
态、土壤光学特性、太阳位置以及云和大气等影响
的基础上,反演地表状况,用以与各种植被变量
(包括LAI)、植株生物量、植被覆盖度、光合组织
总量、光合有效辐射和初级生产力等因子进行相
关。这种方法抓住了植被的光谱特征,简单而明
确,具有很强的实用性,易于为大多数研究者所接
受。目前开展的大部分植被遥感的研究工作都是从
这方面展开的。
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在研究植被等地物的光谱特征时,人们逐渐发现了“同物异
谱、异物同谱”的现象,地面测量的光谱曲线与实际遥感测
量的光谱曲线很难一一对应。研究者考虑到这种现象可能
是混合象元引起的,于是引进了混合象元模型及其求解方
法。在混合象元中,植被的反射率是已知的。
但是实际上,由于植被反射率是由叶片、下层土壤等形成
的综合因素,即植被区域不是一个平面刚体,辐射是可以
穿过冠层表面的,通过各种散射后,再从冠层上界逸出,
被传感器所接收。因而形成冠层反射率模型。
可以这样认为,混合象元是二维的,冠层反射率模型是三
维的。
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在冠层反射率模型中,通常分为两类,即几何光学模型与
辐射传输模型。
之所以分成两类模型,主要是由于地面的植被(在生态学
上就是林地、草地、农田)主要有两种外在形态。一种是
几何特征明显(如树木、灌丛、成垄分布的农作物等),
另一种则无明显几何特征(如大面积的草地、已封垄的农
作物等)。
当然,由于相互融合,两类模型现在已经区分不明显了,
即以几何光学为基础的模型加入了对多次散射的考虑,而
以辐射传输为基础的模型加入了对热点现象的考虑。
植被遥感中的几何光学植被遥感中的几何光学
和辐射传输和辐射传输
第二节第二节冠层反射率模型冠层反射率模型----几何光学模型几何光学模型