行播作物輻射一體化模型的改進擴展和反演研究

《行播作物輻射一體化模型的改進擴展和反演研究》是依託北京航空航天大學，由趙峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：行播作物輻射一體化模型的改進擴展和反演研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：趙峰
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

本項目在現有的研究基礎上，研究行播作物一體化輻射傳輸建模和協同反演中的關鍵科學問題。項目將發展和完善已建立的行播作物輻射一體化解析模型，使之能夠更準確地描述行播作物從出苗到封壟這段主要生長期內的冠層可見光、近紅外和熱紅外波段輻射傳輸特性；基於改進擴展後的行播作物輻射一體化模型，進行模型參數敏感性分析，篩選最佳波段（及角度）組合，研究先驗知識支持下的綜合利用冠層可見光、近紅外和熱紅外波段輻射信息進行結構參數和組分溫度混合反演的方法。本項目的研究將有助於遙感技術在典型行播作物出苗之後關鍵生長期農情監測中的套用，為遙感技術精準農業套用提供新的理論和方法支持，具有重要的科學意義和套用價值。

結題摘要

農作物壟行播種是世界範圍內被廣泛採用的一種種植模式，並推廣到果園、苗圃等經濟類作物。本研究以典型行播作物為目標，研究其可見光、近紅外及熱紅外波段輻射特性，尋找不同波段間輻射傳輸的內在聯繫，實現了行播作物可見光、近紅外及熱紅外波段冠層輻射的一體化建模。在該一體化模型的基礎上，進行冠層結構和組分溫度的反演工作，完成了預期項目研究內容，取得的主要成果如下： 將可見光、近紅外及熱紅外波段行播作物輻射建模有機地統一於相同的輻射原理框架下，這是總結已有的幾個典型植被一體化輻射模型的原理，並根據本文研究和套用的需要而實現的，即：可見光、近紅外及熱紅外波段輻射一體化模型建立的基礎和聯繫不同波段間輻射特性的橋樑是基於能量守恆的輻射傳輸方程；本研究以四流近似輻射傳輸理論為基礎，進行了行結構參數的擴展，建立了行作物全波段輻射傳輸－幾何光學一體化模型。 基於行播作物可見光、近紅外及熱紅外波段輻射一體化模型，本研究發現了行播作物輻射特性：行效應分布。由於行作物壟行冠層和行間空地有規律地平行分布，導致行作物冠層輻射方向性空間分布出現了明顯不同於均勻連續冠層的特徵，這表現在：在可見、近紅外波段，半球－方向反射率分布極化圖上出現近似平行壟行方向的高值（或低值，取決於行結構，葉傾角分布，葉片反射、透過率等因素）條帶區，該區中心位於熱點方向；在TIR波段也表現為方向亮溫分布極化圖上沿近似平行壟行方向分布著條帶區，受冠層結構，組分溫度分布的影響，條帶區的中心或位於熱點方向，或位於天頂方向。 通過實驗數據對一體化行作物模型的驗證表明，該一體化模型能大體上反映測量得到的行作物方向性輻射特性。通過模擬的一系列代表行作物典型生長期的冠層場景，系統比較了採用輻射度方法的計算機模擬模型RGM和行結構模型在紅光、近紅外和熱紅外三個典型波段輻射特性模擬結果，兩個模型給出了非常一致的全波段輻射方向性分布，證實了上述行效應的存在。 開展了行作物輻射模型的參數敏感性分析和反演研究，採用擬牛頓法對行播作物一體化模型進行了主要結構參數和組分亮溫的反演，結果表明在先驗信息的輔助下，能夠對模型主要結構和組分溫度參數進行反演。