[发明专利]一种定量描述叶片镜面反射对冠层反射率模拟影响的方法

说明书

本发明公开了一种定量描述叶片镜面反射对冠层反射率模拟影响的方法，其步骤包括：1)获取叶片散射的光子比例，即波长λ对应的叶片单次散射反照率ω_λ；2)基于光谱不变量理论和第一步得到的叶片单次散射反照率ω_λ来获取植被冠层的冠层反射率BRF；其中，BRF_λ(Ω)＝BRF_BS，λ(Ω)+S_λ；3)利用SRTM对得到的BRF进行模拟，得到目标区域“黑土壤”和“土壤”问题下的植被冠层BRF；4)利用步骤3)得到的模拟植被冠层BRF对目标区域进行模拟，并将模拟结果与该目标区域的实测BRF进行比较，确定叶片镜面反射对冠层反射率的影响。本发明对于提高模拟冠层BRF精度有显著效果。

技术领域

本发明涉及一种定量描述叶片镜面反射对冠层反射率模拟影响的方法，属于环境科学、测绘与遥感以及计算机遥感图像分析应用领域。

背景技术

目前有许多冠层辐射传输(Radiative Transfer,RT)模型描述植被场景(例如，植被冠层和背景)与遥感观测之间的物理联系。这些模型基于不同的假设可大致分为三类：1维、3维和随机模型。这些假设对于减少模型参数是必要的，能够简化光学植被背景过程。“理想朗伯叶片”是大多冠层RT模型的共同假设之一，即假设单个叶片各向同性地散射入射辐射。然而，事实上并非如此。

经验和理论分析表明，由叶片散射的入射辐射包括镜面反射和漫反射两个分量。镜面反射分量是在叶片表面单次散射的结果，表现出对太阳-传感器几何的依赖性。漫反射分量主要来自叶片内部光的多次散射，近似遵循朗伯分布。这两个分量之间的区别决定了单个叶片不是理想的漫反射器。镜面反射是叶片散射各向异性的主要原因。“理想朗伯叶片”的假设可能导致模拟冠层的算法性质和用户知识之间的差异，尤其是在镜面散射能支配总冠层散射的强烈吸收带(例如400-700nm)。叶片信息将会丢失，并因此影响基于RT的冠层双向反射率因子模拟的精度。但是，对冠层反射率(Bidirectional ReflectanceFactor,BRF)模拟的假设进行评估所做的研究却很少。因此，从建模方面将叶片镜面反射考虑在前向BRF模拟技术中，对于提高可见光区域的模拟BRF精度研究具有重要意义。

发明内容

本发明针对冠层辐射传输模型现状，以及“理想朗伯叶片”的局限性，分析“理想朗伯叶片”假设对冠层BRF模拟的影响，了解在可见光到近红外波段内叶片镜面反射与冠层辐射传输模型的关系，目的在于提供一种定量描述叶片镜面反射对冠层反射率模拟影响的方法。

本发明定量描述叶片镜面反射对冠层反射率模拟影响的方法，包括以下步骤：

第一步，获取光子被叶片散射的比例，即叶片单次散射反照率ω_λ；

包括分别在强吸收带和弱吸收带上，考虑叶片镜面反射和叶片内部散射对叶片单次散射反照率的影响。

第二步，基于光谱不变量理论和第一步得到的叶片单次散射反照率ω_λ获取植被冠层的BRF；

包括在获取冠层BRF近似值时利用了光谱不变量理论，将模拟冠层BRF定义为两个分量，且在分析叶片镜面反射对冠层BRF影响时，要排除背景(林下冠层)影响。

第三步，利用随机辐射传输模型(Stochastic Radiative Transfer Model,SRTM)模拟“黑土壤”和“土壤”问题下的植被冠层BRF；

包括SRTM的结构输入、SRTM的光学输入以及对冠层BRF和背景贡献S_λ做出估计。

第四步，通过对模拟与测量的BRF比较定量分析叶片镜面反射对冠层反射率的影响；