不連續(xù)植被及其下地表面對光輻射的吸收與反照率模型

1、●固研孽(B輯)第24卷第8期SCIENCEINIDtlNA(s如B1994年8月一不連續(xù)植被及其下地表面對光輻射的吸收與反照率模型李小文王錦地(中國科學(xué)院遙舂應(yīng)用研究所，北京10010D摘AHStrahler要己，，／4f吖及‘f對不連續(xù)植被冠層與光輻射間相互作用機理研究的最新進展進行了論述不連續(xù)植被及其下地表面對光輻射的吸收與反照率模型的建立，從LiStrahler間隙率模型出發(fā)，求解離散植被中的多次散射，提出了在幾何光學(xué)模型的宏觀

2、構(gòu)架中引入微觀散射過程的方法并說明了模型的初步驗證結(jié)果關(guān)鍵詞反照率、不連續(xù)檀被、數(shù)學(xué)模型置耵瞍7O年代以來，衛(wèi)星對地觀測主要采取垂直收集數(shù)據(jù)的方式獲得地面目標的二維信息對這種數(shù)據(jù)的解釋主要依據(jù)目標個體的光譜特征，并且基于漫反射的假定科學(xué)家基于輻射與目標整體性相互作用行為的研究，特別是植物冠層與輻射相互作用機理的研究，證實關(guān)于目標作為漫反射體的假定與實際相去甚遠，需用二向性反射分布函數(shù)(BRDF)來描述，使遙感應(yīng)用基礎(chǔ)研究出現(xiàn)了新的生機遙

3、感圖象信息的應(yīng)用將從傳統(tǒng)的圖象判讀、分類走向目標空間結(jié)構(gòu)特征的反演在用數(shù)學(xué)模型描述地物反射特性的研究中，BRDF的輻射傳輸模型的優(yōu)點是能考慮多次散射作用，在均勻植被，尤其在紅外和微波段比較適用其缺點是復(fù)雜的三維空間微分方程即使對均勻植被，通常都只能得到數(shù)值解幾何光學(xué)模型It由于抓住了地物散射與大氣散射的主要差別，有簡單明晰的優(yōu)點，特別適用于不連續(xù)植被及粗糙地表等輻射傳輸模型難以適用的地物由于幾何光學(xué)模型和輻射傳輸模型分別在不同的尺度上具

4、有各自的優(yōu)勢，我們建議充分利用幾何光學(xué)模型在解釋陰影投射面積和地物表面空間相關(guān)性上的基本優(yōu)勢，同時引入輻射傳輸模型在解釋均勻媒質(zhì)中多次散射上的優(yōu)勢，建立不連續(xù)植被及其下地表面對光輻射的吸收和反照率模型1不連續(xù)植被冠層內(nèi)的間隙率模型在植被BRDF模型的研究中，幾何光學(xué)模型由于引入李小文Stmhler的間隙率模型H，不19930609收稿，1993—1I18收謦改稿，國家自揀科學(xué)基金、中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所所長基金、美國國家自熱科學(xué)基金(

5、NSF)INTg014263盈NAsANAGw2082貴助項目維普資訊中國科學(xué)(B輯)第24嚳逸出樹冠，再進^或者不再進^別的樹冠而達到高度h平面，因而P(sl脅將不再完全相似于；。(hsCOS簡化的近似算法為對任一給定的l砷，首先計算每一可能s上可能穿透的樹冠個數(shù)的概率Pqls)；再計算每一可能i個樹冠時在s上自由重疊的平均總散射路徑s’把相應(yīng)的概率P(ils)l砷累加到耶嘞上對所有可能的s重復(fù)以上過程，即得到離散植被的Plm，為簡明

6、下文中記作P(s／h)14一次散射沿高度的分布由于R一∞ceRIPlh)ds=1。(∞dh=1一P(01h，臼)，(6】J0J^分布P(slm為平面h上陰影區(qū)域內(nèi)所有點的路徑長度分布，包括h平面上樹冠內(nèi)和間隙中的點假定樹冠內(nèi)和間隙中的陰影區(qū)具有同樣的分布，在植被冠層丙高度h樹冠內(nèi)任一點衰減后的直射光強為e的概率即為P【I(h)=I軋由e]；e(sl砷(^)『【l—e(OIh0)l，c7)其中T=KLID，K是葉面沿0方向的投影系數(shù)，D是

7、樹冠的平均高度，L是單株樹冠垂直投影面積上的平均葉面指數(shù)，(^)為在高度h處任一點包含在樹冠內(nèi)的概率：∞=1一e(8)其中是中心位于h平面上的倒置樹冠被h。和平面所截取的體積至此，可以直接得出在高度h處的水平薄層Ah截獲的輻射強度分布：P(AIo=(1一e一“~)Io(slh，日=Plh)(^)／[1一P(0Ih，咧，(9)其中AS=Ahsec0為簡化問題，在此假定葉面除吸收外，其余一半透射，一半反射，且各向同性，則一次散射沿高度的分布

8、即完全確定2離散冠層的多重散射21一次散射的熱點效應(yīng)知道了截獲輻射強度，不難得到任意高度上一次散射源的分布，但貢獻給BRDF的一次散射具有很強的熱點效應(yīng)，而這種熱點效應(yīng)又發(fā)生在樹冠和葉面兩個層次上從入射和逸出路徑的分布，就能夠建立其間相關(guān)性模型來描述在樹冠和葉面兩個層次上的熱點效應(yīng)22離散冠屢的開放度分布冠層承熙面積的高度分布對于描述直照陽光和樹冠的相互作用是非常有意義的，并直接取決于特定的太陽光照天頂角為描述半球面上各向同性的天空輻射