行播作物冠層主要生長期輻射模型構建和反演研究

《行播作物冠層主要生長期輻射模型構建和反演研究》是依託北京航空航天大學，由趙峰擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：行播作物冠層主要生長期輻射模型構建和反演研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：趙峰
• 項目類別：面上項目

項目摘要

典型行播種植作物從出苗、到株間連續、直至完全封壟一個完整的生長階段內，作物冠層幾何結構特徵從規則三維分布、到垂直壟行方向二維分布、再到連續一維分布，發生了顯著變化，需要採用不同冠層結構假設下的輻射模型來描述其輻射特徵。在青年基金的資助下（40901156），我們較好地解決了二維分布作物冠層的輻射建模，申請面上基金，我們將重點突破規則三維分布作物的輻射方向性建模問題，進而實現典型行播作物從規則三維分布、到垂直壟行方向二維分布、再到連續一維分布狀況下輻射建模框架的統一構建和不同結構假設下輻射模型間的無縫銜接，並基於該一體化模型協同VNIR和TIR波段多源遙感信息進行冠層結構參數和組分溫度的聯合反演研究。通過對典型作物（小麥、玉米和果園等）冠層主要生長期的系統觀測試驗，來驗證正向建模和參數反演精度。並使用近地面試驗數據和衛星遙感數據在兩個尺度上開展模型參數反演的研究和精度驗證工作。

結題摘要

該項目在以下兩個方面取得進展： ①構建典型行播作物從規則三維分布、到垂直壟行方向二維分布、再到連續一維分布的輻射傳輸模型（以下簡稱三維冠層輻射傳輸模型），建立、完善了基於四流近似理論的行播作物可見近紅外波段VNIR（Visible and Near Infrared）和熱紅外波段TIR輻射一體化模型。針對具有規則結構的植被冠層，對其冠層結構的抽象，約定了本模型研究的植被冠層的結構特性。實現了VNIR波段和TIR波段輻射建模的具體方法，在VNIR波段上，將植被冠層中的輻射分為單次散射和多次散射兩部分，採用幾何光學建模方法對單次散射進行了精確的建模，採用四流近似輻射傳輸方法和輻射度方法對多次散射進行了近似建模。在TIR波段上，將植被冠層的輻射分為冠層自身發射和散射兩部分，採用幾何光學建模方法對冠層自身發射輻射進行了精確建模，採用四流近似輻射傳輸方法對散射輻射進行了近似建模。兩個波段處使用了共同的孔隙率計算結果和四流近似輻射傳輸方法，因此能夠耦合為一體化模型。最後，採用實測數據驗證和模型對比驗證的方法來評價本文模型的正確性。其中，對模型在VNIR波段上的模擬計算進行了實測數據驗證和模型對比驗證；對模型在TIR波段上的模擬計算進行了模型對比驗證。 ②基於典型行播作物輻射一體化模型，比較研究不同生長階段植被輻射一體化模型參數的敏感性，並根據敏感性分析結果，制定模型反演策略，比較分析影響模型參數反演因素，並分析研究最佳化算法參數設定，模型參數敏感性分析，選擇基於方差的全局敏感性分析方法，分不同波段、不同觀測平面對模型結構參數進行敏感性分析，根據模型敏感性分析結果，選擇合適的感興趣的參數進行模型反演，如葉面積指數LAI、子冠層結構參數等，根據敏感性的不同，制定模型參數反演策略，同時，在熱紅外波段對模型組分溫度進行敏感性分析。運用不同觀測角度植被冠層光譜數據，進行模型參數的反演，並比較模型參數反演的準確性，穩定性及可反演性，為模型參數反演的實際套用提供依據。