多尺度遥感辐射传输建模

紫 外 线 可 见 光 近 红 中 红 热 红 外 太 赫 兹
单位: m 0.01×10 0.4×10
-6
-6
L f,sx,y,z,t,,P,
大气散射 太阳入射光 可见光反射建模 热红外辐射建模
0.7×10 10
-6
-6
10 10 10 10 1
-5 -4 -3
：波长
o
临近效应
v
k1() (KCab()*(1WCab)*Cab KCw()*(1WCw)*Cw Ki())/2* N ke()
k2() (KCab()*(1WCab)*Cab KCw()*(1WCw)*CwKi())/2* N ke()
计算得到叶片正面反射率ρ＋，和背面反射率ρ－
（2）叶片双面反射波谱模型发展(dPROSPECT)
实验发现：作物叶片正反面反射率不等
PROSPECT模型
N-1 layers
N-1 layers
双子叶植物叶片结构：上层栅栏层细 胞含叶绿体比下层海绵层多，生化物 质在叶片内分布不均匀
现有经典叶片波谱模型（Prospect）不能描述
叶片内生化物 质不均匀分布
遥感科学国家重点实验室
State Key Laboratory of Remote Sensing Science
遥感辐射传输建模与地表参数定量反演的理论基础
L f,sx,y,z,t,,P,
遥感科学国家重点实验室
State Key Laboratory of Remote Sensing Science
sx,y,z：空间位置 t：时相
：观测几何
P：地表参数
目标像元
-2
微 波
源自文库
邻近像元
：传感器参数
星下垂直观测
前向观测
植被冠层
土壤背景
Yao, YJ; Liu, QH; Liu, Q; Li, XW ，RSE2008，Wu, YZ; Gong, P; Liu, Q, et al. RSE2009
dL(,,) f dE(0,0,)
• DPROSPECT模型与PROSPECT模型比较
1 PROSPECT模型模 拟的叶片反射率是对叶 片正反两面反射率的综 合表达。这种综合表达 在冠层反射率模拟中会 带来一定的精度误差。
2
DPROSPECT模型 的改进波段主要在叶绿 素和水分的吸收波段。
（3）改进叶片介电常数测量方法
采用开放端口同轴线法测量叶片介电常数，需要尽可能排除叶片间的空气。 通常是将探头放置在一定厚度的叶片上，对叶片施加压力，这种方法压力难以控制，压力过大 ，会损坏叶片表面的结构，压力过小，无法排除叶片层间的空隙。 本研究提出了抽真空的方法，确保叶片在无损坏的情况下尽可能排净层间空气。采用该方法测
遥感像元具有不同的尺度结构及模型表达
农田 村庄 道路 森林 裸地
在大尺度的模型中， 像元被分为农田、道路、 裸地、村庄、森林几块， 像元的辐射是上述几部 分辐射之和。
模型中隐含了二维 平面的假定。
不同分辨率上遥感像元结构的特点
遥感辐射传输需要多尺度模型表达
冠层：三维结构 农田
叶片：组分波谱特性
道路
多尺度遥感辐射传输建模
报告人：柳钦火 遥感科学国家重点实验室
State Key Laboratory of Remote Sensing Science
2017年7月6日（北京大学）
多尺度遥感辐射传输建模
一．基本概念
二．组分尺度遥感建模
三．冠层尺度遥感建模 四．像元尺度遥感建模 五．全链路遥感图像模拟

可见，生化物质不均匀分布能够导致叶片正反两面光学特性不对称
构建叶片双面反射波谱模型(dPROSPECT)
• PROSPECT模型
ρα ,τα
RN-1,90, TN-1,90
• EPROSPECT模型
新 ρ1 ,τ1 ρ2 ,τ2
叶片内水分 不均匀分布比例
N-1层
N-1层
叶片内叶绿素 不均匀分布比例
(1)植被叶片波谱模型概况
➢ 平板模型：如PROSPECT模型(Jacquemoud and Baret, 1990 )
➢针叶模型：如LIBERTY模型(Dawson, et. al. 1998) ➢光线跟踪模型 ➢随机模型 ➢混沌介质模型
其中，PROSPECT模型是一种建模相对简单有效、计算 简便、并被广泛使用的一种叶片模型。
入射光
叶片内上下层光 学特性不一致
对叶片正反两面反射
率有什么样的影响？
ρ+
… … …
用平板模型进行分析 ρ1 ,τ1
τ-
… … …
ρ1 ,τ1 ρ2 ,τ2
ρ2 ,τ2
τ+
122 1 1 12

入射光
ρ-

1 2 1 12
≠ ＝
221 2 1 12 1 2 1 12
State Key Laboratory of Remote Sensing Science
二、 组分尺度遥感模型（以叶片为例）
（1） 叶片波谱模型概况 （2） 叶片双面反射波谱模型发展
（3）叶片节点常数模型
（4） 讨论问题
遥感科学国家重点实验室
State Key Laboratory of Remote Sensing Science
热红外辐射
叶片发射率波谱
冠层
混合像元 图像尺度 成像模型
几何光学/辐射传输、 热红外辐射方向性 计算机模拟模型 机理与建模 大场景、混合像元计算机模拟 山地辐射传输建模
热 红 外
太 赫 兹 微 波
大气辐射传输模型：大气-地表耦合效应、 临近像元效应
传感器成像模型： 多元并扫、短线阵摆描、长线阵推描
遥感科学国家重点实验室
量了怀来试验场玉米、棉花、大豆、杨树等叶片在不同含水量条件下的介电常数，分析了样品
大小、方向以及含水量对介电常数的影响。
玉米叶片 大豆叶片
棉花叶片 (a) 3.8 cm 直径圆片 (b) 2.9 cm直径圆片
发明专利：一种叶片介电常数测量装置及测量方法，申请号： 201610247800.2
村庄 森林 混合像元、地形效应 裸地 图像：地表－大气－传感器
地表结构类型多样性及辐射传输建模
土壤模型 稀疏植被模型 行播结构模型 连续植被模型
城市模型
森林模型
乡村模型
水体模型
多尺度建模研究思路
紫 外 线 可 见 光 近 红 中 红
模型尺度
组分（叶片）
波段
可见/近红外反射
针叶、阔叶反射/透 射波谱模型