[发明专利]一种针叶植被冠层反射率计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及植被参数反演的方法，具体涉及一种利用物理辐射模型反演针叶植被参数的方法。

背景技术

定量遥感在植被反演中越来越广泛的应用，对高效管理植被生理化参数信息、森林火灾预警、农作物培养等方面具有重要意义。近年来物理反演模型以其稳定性和可移植性强的特点成为了国内外热点研究的植被参数反演模型。其中利用叶片模型和冠层模型的物理耦合模型来反演整个冠层的生化组分含量的方法是个热点思路。叶片物理模型考虑光与叶片相互作用的物理机制及叶片的结构，详细描述了光线在叶片内部的传输过程；冠层物理模型解释了电磁波与冠层、叶片、土壤等的相互作用过程，利用冠层模型可以模拟大量的不同种类的冠层光谱样本，而要通过实验方法获取这样的数据是很难的。将叶片模型耦合到冠层模型中可以反演出冠层的生化组分含量，相较经验或者半经验方法意义更加明确，在模型假设范围内，可以任意时间地点应用，不过存在耗时和依赖模型参数精准性的缺点。

近年来对植被参数反演研究较多的模型中阔叶模型比例偏多，针叶植被反演相对较少，针叶植被参数反演还亟待发展。针叶具有自己特殊的结构:没有明显的栅栏组织，其剖面内几乎都是球形细胞。如何表征和模拟针叶叶片的元素存在着很多问题。而且，针叶叶片的形状和尺寸使得光谱特性测量也很困难，即是在实验室内，也很难测定单叶的反射透过率。LIBERTY模型是针对针叶没有明显栅栏组织、大部分为球形细胞的特点发展起来的，用来模拟针叶簇叶或单片针叶的光谱特性。LIBERTY模型视针叶叶片的细胞为标准圆形细胞，认为针叶是由无数叶细胞堆叠在空气中形成，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。

冠层辐射传输模型的代表模型为SAIL，它考虑了多次散射的因素，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。叶片模型的输出，即叶片的反射率和透射率，可以作为SAIL模型的输入参数，再结合土壤反射率、叶面积指数、叶倾角分布、太阳天顶角和方位角，观测天顶角和方位角等相关参数，就可以模拟植被冠层400nm到2500nm的反射率。现有的针叶植被参数反演耦合模型是LIBERTY和5-SCALE模型的耦合，不能适用于连续针叶冠层反演。

因此，有必要设计一种适用于连续针叶冠层反演的方法。

发明内容

本发明所解决的技术问题是，针对反演连续大区域针叶植被参数的问题和简化模型参数和计算过程的问题，本发明提出了一种利用针叶叶片LIBERTY模型与冠层辐射传输模型SAIL模型的耦合模型，该模型将针叶单叶片的反射率与透射率模拟出来并作为针叶冠层模型的输入参数，最后模拟出连续针叶冠层的反射率。

本发明的技术方案为：

一种针叶植被冠层反射率计算方法，包括以下步骤：

S1：参数识别

输入模型参数，并将输入的参数初步分为三大类：叶片参数、土壤参数和冠层参数；其中叶片参数包括针叶结构参数、吸收参数以及生化组分含量；土壤参数包括土壤的光谱反射率；冠层参数包括环境参数和冠层结构参数；

S2：将步骤S1中的叶片参数输入LIBERTY模型进行单片叶光谱信息模拟，得出针叶叶片的反射率和透射率；

S3：根据步骤S1中的土壤参数和冠层参数、步骤S2得到的单个叶片的光谱反射率及透射率，计算消光系数及散射系数，并进一步计算得到SAIL模型的参数；

S4：将步骤S3计算得到的参数输入SAIL模型，计算冠层的相关反射因子和反射率，包括太阳直射方向半球反射率、观测方向半球反射率和双直射反射率；

S5：计算冠层反射率。

所述步骤S2具体包括以下步骤：

S2.1：计算叶片细胞介质总吸收系数k：

k＝d×(C_b+f_hC_h+f_wC_w+f_aC_a+f_lC_l+f_nC_n)