基于PROSAIL模型的干旱半干旱地区LAI遥感反演建模

发布时间：2020-05-10 20:11

【摘要】：叶面积指数(LAI)通常指单位地表内所有叶片表面积总和的二分之一,是表征陆地表面植被叶片物理结构和数量的重要参数(Chen Black,1992)。LAI作为全球气候模型、水文模型、生态生化模型等众多模型的输入变量参与运算,是决定模型结果的重要因素(Shabanov et al.,2005), LAI的大面积估算具有重要的理论与实践意义。现行全球LAI产品一般限于千米级的空间分辨率,不能反映地表局部区域内的差异和多样化、复杂化的植被生态系统,难以满足区域变化监测的需要。如何进行高质量的较高分辨率LAI制图是一个亟待解决的问题,有探索的必要性。本文以中国西北部干旱半干旱区为例,研究区域尺度的LAI遥感估算建模。通过PROSAIL模型模拟,综合运用野外实测数据建立了研究区域的多光谱反射率一LAI关系查找表,基于Landsat5 TM影像数据完成30m空间分辨率的LAI制图。主要研究工作如下：(1)系统地阐述了PROSAIL模型原理与方法,分析了植被缨帽面光谱空间的特征。(2)依据实测数据以及已有研究资料,详细分析了适于干旱半干旱地区的PROSAIL模型输入参数的值域范围；结合模型参数组合值域范围和遥感影像数据正向模拟得到与卫星观测、地面观测相吻合的81804条高光谱模拟数据集,进而得到对应TM波段的多光谱反射率模拟数据集。(3)在多光谱反射率模拟数据集的基础上分析了LAI在缨帽面光谱特征空间的分布情况,建立了多光谱反射率(包括红光、近红外和缨帽变换后亮度、绿度、湿度三变量)与LAI的查找表以及LAI的遥感估算准则。(4)基于所建LAI查找表和查找准则完成了LAI的反演制图,比较分析了利用红光、近红外一LAI查找表和亮度、绿度、湿度一LAI查找表进行LAI估算的差异。基于红光、近红外查找表的反演结果与基于亮度、绿度、湿度的反演结果相近,相关系数为0.8787。以实测数据进行模型理论精度验证的结果表明前者的反演理论精度略好于后者的反演理论精度,相关系数分别为0.86,0.67,均方根误差分别为0.54,0.9；以同时期MODIS LAI产品(共2期,与TM获取时间间隔均为4天)作为基准进行遥感反演精度评价的结果表明：基于亮度、绿度、湿度查找表的反演结果与MODIS LAI产品更接近,但是基于红光、近红外波段查找表的结果随机干扰较小。(5)多种不确定性因素影响LAI的反演结果。主要包括模型自身的不确定性,物理模型反演的病态性以及数据处理中带来的不确定性。
【图文】：

冠层双向反射率作为观测角度的一个函数。其物理本质是通过四个偏微逡逑分方程（见公式２－（９－１２））定量描述作用于植被冠层上的四个向上／向下的福射通逡逑量的吸收和散射过程（如图２－１所示），模巧得到植被冠层的双向反射率因子。逡逑ｄＥｊＬｄｘ邋＝邋ｋＥ、逦口＿９）逡逑ｄＥ￣邋ｊＵｘ邋＝邋－ｓ＇Ｅ＾邋＋邋ａＥ￣－ａＥ＊逦口－１０）逡逑ｄＥ＋／Ｌｄｘ邋＝邋ｓＥｓ邋＋邋ａＥ＿邋－邋ａＥ＋逦口－…逡逑ｄＥ。／邋Ｌｄｘ邋二扣Ｅ，＋邋ｖＥ—邋＋邋Ｄ，Ｅ—邋—邋ＫＥ。逦（２－１２）逡逑其中，Ｌ为叶面积指数，Ｘ为相对光学厚度，在冠层底部取－１，，冠层顶部取０。逡逑＆、Ｅ－、怎＋、＆分别为太阳直射入射福照度，下行半球散射福照度、上行半球逡逑散射福照度及观测方向等效福照度。Ａ为直射福射的消弱系数，Ｋ为观测方向逡逑福射的消弱系数，ａ为消光系数，为同向直射福射的散射系数，Ｓ为背向直射逡逑福射的散射系数，ｃｒ为背向散射系数，Ｗ、Ｕ、ＩＶ分别是＆、￡－、Ｅ＋向观测方逡逑向上传输福射亮度的转化系数。逡逑ＳＡＩＬ冠层福射传输模型得到冠层反射率的关键是求解四个与福射有关因子逡逑（Ｖｅ比ｏｅｆｅｔａｌ．邋２００７）。包括双向反射率、方向半球反射率因子、双向半球反射率因逡逑子和观测方向的半球方向反射率因子。各因子的取值依赖于对植被冠层分布模式逡逑的规则化，ＳＡ正模型中提供了基于平均叶倾角的ＣａｍｐｅｌｌP櫱蛱宸植寄Ｊ藉义希ǎ茫幔恚穑猓澹欤

本文编号：2657833