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1、 花青素anthocyanins 类胡萝卜素carotenoids 叶黄素 brown pigments 叶绿素 chlorophylls叶片光谱受到叶片色素的影响植被患病变色植被患病变色第1页/共56页地物辐射模型描述辐射传播，与地物发生相互作用（吸收、散射、发射等）的过程。构建了地物理化、结构的特性与地物辐射特性的关系。植被参数植被参数模型模型正演反演遥感光谱遥感光谱遥感光谱遥感光谱第2页/共56页Meroni,M.,R.Colombo,et al.(2004).Inversion of a radiative transfer model with hyperspectral obser
2、vations for LAI mapping in poplar plantations.Remote Sensing of Environment 92:195-206.（1）反演植被参数）反演植被参数植被辐射模型可以做什么？Meroni,et al.(2004)基于DAIS航空高光谱影像，利用PROSAIL模型，反演了植被LAI参数。第3页/共56页Zarco-Tejada,P.J.,J.R.Miller,et al.(2004).Hyperspectral indices and model simulation for chlorophyll estimation in open-c
3、anopy tree crops.Remote Sensing of Environment 90(4):463-476.（2）模型正演的应用模型正演的应用植被辐射模型可以做什么？Zarco-Tejada,et al.(2004)利用植被遥感模型模拟光谱，比较不同植被指数的性能。植被参数植被遥感模型遥感光谱模拟结果1）调整某一个参数 2）查看参数调整带来的模拟结果变化；3）进而发现敏感参数、及对应的敏感波段；4）优选植被指数等第4页/共56页尝试回答的问题尝试回答的问题叶绿素 可见光-近红外吸收？特征？叶片水分 近红外-短波红外吸收？特征？叶片干物质 短波红外吸收？特征？叶面积指数对植被光谱的
4、影响?波段范围？强度如何？第5页/共56页本次上机目的本次上机目的掌握几种流行的植被冠层光谱模型，分析不同参数对应的光谱特征。简单来说：1）调参数：固定其他参数不变，改变一个参数的设置；（模型软件输入）2）转模型：获得不同参数对应的光谱数据集；（模型软件输出文本文件）3）敏感性分析：分析参数变化带来的光谱变化。（文本文件导入EXCEL，在EXCEL表里面展示、分析）第6页/共56页文本文件导入文本文件导入excelexcel第一种方式：使用EXCEL直接打开文本文件，输入分列符号设置，进行分列第二种方式：COPY文本进入EXCEL，利用分列工具，对数据进行分列第7页/共56页叶片光学模型叶片光
5、学模型叶片光学模型叶片光学模型扁平叶模型扁平叶模型扁平叶模型扁平叶模型学习学习学习学习PROSPECTPROSPECTPROSPECTPROSPECT（Jacquemoud,1990）针叶模型针叶模型针叶模型针叶模型学习学习学习学习LIBERTYLIBERTYLIBERTYLIBERTY（Dawson et al,1998）植被冠层模型植被冠层模型植被冠层模型植被冠层模型连续型冠层模型连续型冠层模型连续型冠层模型连续型冠层模型学习学习学习学习SAILSAILSAILSAIL（Verhoef,1984）几何光学模型几何光学模型几何光学模型几何光学模型学习学习学习学习5-SCALE5-SCALE5
6、-SCALE5-SCALE(Chen J M,1997）植被遥感模型耦合模型：耦合模型：耦合模型：耦合模型：（1 1 1 1）PROSPECT+SAIL PROSPECT+SAIL PROSPECT+SAIL PROSPECT+SAIL （2 2 2 2）LIBERTY+5-SCALELIBERTY+5-SCALELIBERTY+5-SCALELIBERTY+5-SCALE第8页/共56页叶片的类型差异叶片的类型差异扁平叶（阔叶）扁平叶（阔叶）针叶针叶 植被的叶片类型学习学习PROSPECTPROSPECT（Jacquemoud,1990）学习学习LIBERTYLIBERTY（Dawson e
7、t al,1998）第9页/共56页冠层的类型差异冠层的类型差异连续型冠层（均一、混沌）连续型冠层（均一、混沌）非连续型冠层非连续型冠层 植被的冠层类型学习学习SAILSAIL（Verhoef,1984）学习学习5-SCALE5-SCALE(Chen J M,1997）第10页/共56页扁平叶模型扁平叶模型扁平叶模型扁平叶模型学习学习学习学习PROSPECTPROSPECTPROSPECTPROSPECT（重点）（重点）（重点）（重点）连续型冠层模型连续型冠层模型连续型冠层模型连续型冠层模型学习学习学习学习SAIL SAIL SAIL SAIL（重点）（重点）（重点）（重点）针叶模型针叶模型针
8、叶模型针叶模型学习学习学习学习LIBERTYLIBERTYLIBERTYLIBERTY几何光学模型几何光学模型几何光学模型几何光学模型学习学习学习学习5-SCALE5-SCALE5-SCALE5-SCALE实习顺序第11页/共56页TAR鲜叶片和干叶片的反射率光谱（R）和透过率光谱（T）干枯叶片一般认为，一般认为，叶片的反射和透射率光谱叶片的反射和透射率光谱，是由，是由叶片组分叶片组分的的吸收吸收和散射和散射功能决定的。功能决定的。叶片主要组分：叶片主要组分：叶绿素，类胡萝卜素，水，纤维素，木质素，叶绿素，类胡萝卜素，水，纤维素，木质素，淀粉，蛋白质等。淀粉，蛋白质等。新鲜叶片叶片模型叶片模型
9、第12页/共56页叶片模型实习内容：平板模型，以平板模型，以PROSPECTPROSPECT为例为例第13页/共56页早期的PROSPECT模型 针对针对紧密叶片紧密叶片的，对于双子叶和衰的，对于双子叶和衰老叶片是不合适的，也即还老叶片是不合适的，也即还没有考虑叶没有考虑叶片内空气间隔片内空气间隔等的影响。等的影响。PROSPECT的改进之一 假设叶片是由假设叶片是由N N层同性层叠起来的，层同性层叠起来的，被被N-1N-1层空气间隔分割开来层空气间隔分割开来。N N不一定是整数。不一定是整数。PROSPECT 模型N N被称为是叶肉结构指数。被称为是叶肉结构指数。第14页/共56页PROSP
10、ECTPROSPECT模型含有以下参数：模型含有以下参数：N N叶肉结构参数叶肉结构参数（叶肉层数叶肉层数）C Cabab叶绿素含量（叶绿素含量（叶肉透过系数叶肉透过系数 有关有关）C Cw w叶片含水量叶片含水量（叶肉透过系数叶肉透过系数 有关有关）C Cmm干物质含量干物质含量（叶肉透过系数叶肉透过系数 有关有关）n n 叶肉界面折射指数叶肉界面折射指数n n；（叶肉界面的折射属性叶肉界面的折射属性）最大入射角最大入射角（叶表面粗糙度叶表面粗糙度）第15页/共56页输出：叶片反射率和透过率（400-2500nm，5nm间隔）第16页/共56页PROSPECTPROSPECT模型模型(WIN
11、Sail(WINSail软件中软件中)实习实习第17页/共56页从从WINSailWINSail软件中软件中打开打开PROSPECTPROSPECT第18页/共56页PROSPECTPROSPECT 界面界面叶肉结构参数叶肉结构参数N N叶绿素含量叶绿素含量叶片含水量叶片含水量干物质含量干物质含量叶黄素含量叶黄素含量第19页/共56页PROSPECT 模型的参数输入表输入参数输入参数描述描述取值范围取值范围默认值默认值Cab叶绿素含量叶绿素含量580g/cm230g/cm2N叶片结构参数叶片结构参数1-41.3Cm干物质含量干物质含量0.001-0.005g/cm20.005 g/cm2Cw水
12、分含量水分含量0.003-0.03g/cm2 0.012 g/cm2第20页/共56页PROSPECTPROSPECT模型模型(WINSail(WINSail）两种数据获取方式：两种数据获取方式：单波段单波段多波段多波段模拟计算模拟计算第21页/共56页PROSPECTPROSPECT模型模型(WINSail(WINSail）存为一个文件，PROPECT的叶片反射率和透过率光谱，可为WINSail使用。第22页/共56页波长（nm）w05w10w15w20不同的不同的叶片水分含量叶片水分含量模拟的叶片反射率（左）和透过率（右）模拟的叶片反射率（左）和透过率（右）结果范例第23页/共56页冠层模
13、型实习内容：连续型冠层模型连续型冠层模型(SAIL(SAIL为例为例)第24页/共56页连续型冠层模型连续型冠层模型连续型冠层模型连续型冠层模型SAILSAILSAILSAIL模型为例模型为例模型为例模型为例SAIL模型假设冠层具有如下性质：冠层水平且无限延伸；冠层组分只考虑叶片；冠层分布是各向同性的。冠层叶片太阳与观测环境第25页/共56页PROSAIL模型的参数输入表输入参数输入参数描述描述取值范围及默认值取值范围及默认值Cab叶绿素含量叶绿素含量(580g/cm2)40g/cm2N叶片结构参数叶片结构参数(1-4)1.3Cm干物质含量干物质含量(0.001-0.005g/cm2)0.00
14、3 g/cm2Cw水分含量水分含量(0.003-0.03g/cm2)0.012 g/cm2LAI叶面积指数叶面积指数(0.5、1 8)3LAD平均叶倾角平均叶倾角（0-90 度）度）57 度度Sl热点大小热点大小0.25Theta_s,Phi_s太阳方位角和天顶角太阳方位角和天顶角0 30Theta_v,Phi_v遥感器方位角和天顶角遥感器方位角和天顶角0 0第26页/共56页SAILSAIL模型的模型的WINWIN版本版本光源与观测参数叶片与土壤参数LAI叶片倾角分布函数冠层的多层结构第27页/共56页叶倾角分布函数第28页/共56页单独使用WINSail模拟分析冠层结构参数和反射率光谱的关
15、系第29页/共56页30冠层反射率随：叶面积指数LAI、平均叶倾角LAD 的变化 第30页/共56页WINSail结合PROSPECT分析叶片参数对冠层反射率的影响第31页/共56页冠层反射率随：a)叶肉结构参数N;b)叶绿素 Cab;c)水含量Cw;d)干物质Cm第32页/共56页叶片模型实习内容：针叶模型，以针叶模型，以LIBERTYLIBERTY为例为例第33页/共56页针叶模型LIBERTY的针叶内辐射传输模型 Dawson et al.(1998)发展了针叶的叶片辐射传输模型LIBERTY。LIBERTY模型通过若干层细胞的反射率和透过率的迭代过程求得单个针叶的反射率和透过率，需要3
16、大类、共9个输入参数。第34页/共56页LIBERTY模型输入参数第35页/共56页LIBERTYLIBERTY模型输入参数的英文对照第36页/共56页LIBERTY模型（5-SCALE软件中）实习第37页/共56页5-SCALE5-SCALERUN LIBERTYRUN LIBERTY第38页/共56页第39页/共56页输出文件的设置第40页/共56页冠层模型实习内容：几何光学模型几何光学模型(5-SCALE(5-SCALE为例为例)第41页/共56页几何光学模型5-SCALE模型为例直接照射冠层直接照射冠层 直接照射冠层与非直接照射冠层直接照射冠层与非直接照射冠层 非直接照射的冠层非直接照
17、射的冠层独立几何冠层形状的植被独立几何冠层形状的植被第42页/共56页5-SCALE建模叶片独立个体的冠层空间分布第43页/共56页5-SCALE软件的特色突出植被冠层的二向性植被光谱的二向性？不同观测角度，观测到不同强度的遥感反射率第44页/共56页5-SCALE软件的功能使用5-SCALE的三种模式（1）太阳平面上的反射率二向性模式（2）单波段反射率的二向性模式（3）太阳平面上的反射率高光谱模式使用5-SCALE模型，可关注针叶林的BRDF响应。第45页/共56页5-SCALE模型输入参数观测天顶角度观测天顶角度 太阳天顶角太阳天顶角相对方位角相对方位角叶面积指数叶面积指数 LAILAI丛
18、生指数丛生指数树木密度树木密度树冠垂直高度树冠垂直高度 杆高杆高冠层半径冠层半径冠层形状（冠层形状（1 1 圆锥加圆柱；圆锥加圆柱；2 2 椭圆）椭圆）枝叶几何参数枝叶几何参数叶片光谱叶片光谱下界面（背景）光谱下界面（背景）光谱第46页/共56页太阳入射平面的二向性第47页/共56页植被分布参数太阳与观测参数冠层形状枝干属性四种工作模式叶片与下界面属性第48页/共56页使用5-SCALE的三种模式（1）太阳平面上的反射率二向性模式第49页/共56页太阳入射平面的二向性第50页/共56页使用5-SCALE的三种模式（2）单波段反射率的二向性模式第51页/共56页二向性太阳平面第52页/共56页使用5-SCALE的三种模式（3）太阳平面上的反射率高光谱模式第53页/共56页特定角度的高光谱模式不同的观测角波长（nm）-90度90度第54页/共56页55第55页/共56页56感谢您的观看！第56页/共56页