基於光譜不變數理論的植被反照率模型

《基於光譜不變數理論的植被反照率模型》是依託北京大學，由彭菁菁擔任負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於光譜不變數理論的植被反照率模型
• 項目負責人：彭菁菁
• 項目類別：青年科學基金項目
• 依託單位：北京大學

項目摘要

反照率是能量平衡中的重要參數，植被反照率更與氣候變化和生態環境變化密切相關。目前，遙感反照率產品反演中最廣泛採用的核驅動模型，但該模型依賴於多角度觀測數據表達地表植被複雜的二向反射特性，導致反照率產品的時空解析度受到限制。解決這一問題需要打破通過半球積分計算反照率的思維，直接從能量守恆定律出發，建立反照率的機理化模型。對植被覆蓋地表，光譜不變數理論為描述光子在冠層中的輻射傳輸過程提供了簡明的參量化方法，將微觀尺度葉子對光子的反射特性和冠層尺度多次散射特性直接關聯起來。本項目期望以光譜不變數理論為基礎，通過計算植被和土壤吸收輻射比例，建立植被反照率機理模型。在已有研究的基礎上，模型將考慮太陽直射光和天空散射光的影響、土壤反射特性的各向異性、輻射在植被內及土壤和植被間的多次反彈、非連續植被葉片的聚集效應等關鍵因素。項目實施結果將促進植被遙感建模與生態系統過程研究。

結題摘要

對項目的背景、主要研究內容、重要結果、關鍵數據及其科學意義等做簡單概述 反照率是地表輻射能量平衡的重要參數，植被反照率更與氣候變化和生態環境變化密切相關。目前，遙感反照率產品反演中最廣泛採用的核驅動模型，但該模型依賴於多角度觀測數據表達地表植被複雜的二向反射特性，導致反照率產品的時空解析度受到限制。本項目期望通過建立植被反照率物理機理模型，解決植被反照率計算所受半經驗模型的限制。基本思路是跳出通過半球積分計算反照率的思維，直接從能量守恆定律出發，建立植被冠層參數和反照率之間的機理化模型關係。 對植被覆蓋地表，光譜不變數理論為描述光子在冠層中的輻射傳輸過程提供了簡明的參量化方法，將微觀尺度葉子對光子的反射特性和冠層尺度多次散射特性直接關聯起來。本文以光譜不變數理論為基礎，通過計算植被和土壤吸收輻射比例，建立ECSI（the Energy Conservation and Spectral Invariants）植被反照率機理模型。在已有研究的基礎上，模型考慮太陽直射光和天空散射光的影響、土壤反射特性的各向異性、輻射在植被內及土壤和植被間的多次反彈、非連續植被葉片的聚集效應等關鍵因素。 將植被反照率模型套用到非連續植被冠層時，關鍵“接口”是方向性聚集指數輸入值。通過本項目的研究，提出了解析表達和計算機模擬兩種方法，以孔隙率為入口計算行播作物和森林冠層的聚集指數，並在兩種方法相互印證下分析了聚集指數的角度變化特徵，使反照率模型的可行性大大提高。