輻射傳輸模型1

                 冠層反射率模型—輻射傳輸模型

 幾何光學模型與輻射傳輸模型

     在冠層反射率模型中，通常分爲兩類，即幾何光學模型與輻射傳輸模型。之所以分成兩類模型，主要是由於地面的植被（在生態學上就是森林、草地、農作物）主要有兩種外在形態。一種是幾何特徵明顯（如樹木、灌叢、成壟分佈的農作物等），另一種則無明顯幾何特徵（如大面積的草地、已封壟的農作物等）。當然，由於相互融合，兩類模型現在已經區分不明顯了，即以幾何光學爲基礎的模型加入了對多次散射的考慮，而以輻射傳輸爲基礎的模型加入了對熱點現象的考慮。

 熱點(hot spot)現象

      所謂熱點(hot spot)現象，即當傳感器與太陽位於同一方向時，傳感器所接收的地面輻射最強（地面反射率最大、地面光強最強、最熱）。幾何光學模型可以較好地解釋熱點現象。

                     光照背景的比例          

                                              

                                                                               

 

 

熱點現象產生機制

•1）陰影隱藏機制，幾何光學模型解釋

•2）後向散射的相干機制，兩個光線以不  同的方向經過同一路徑時，在後向散射方向會發生波的相干加強。

     對於水平均勻分佈的植被,如果葉面積足夠大,其近紅外波段的BRF具有“碗形”分佈，即反射率在星下點最小，隨着天頂角的增加而增加。

原因：1）路徑中散射體增加

            2）植被累積面積增大

     在背景土壤反射率較高（如紅光波段）而且植被較爲稀疏的情況下，反射率會出現“丘形”分佈。

原因：1）星下點背景反射率影響較大

葉面積指數

     單位面積內所有葉子單面面積之總和。也可表示爲葉面積之總和與所佔面積之比。（單位量綱）

冠層輻射傳輸模型

     植被遙感接收的信息是植被上界的出射輻射（不考慮大氣影響），它是輻射在植被—土壤耦合體系中多次散射和吸收的結果，而輻射傳輸理論可以比較系統、較完整地描述該過程。通過輻射傳輸理論，我們可以準確地計算植被上界的出射輻射量，或根據這一信息反演植被的光學特性和結構特性，因而從理論的高度解決了植被遙感的定量化問題

植被輻射傳輸過程的特殊性

   大氣中散射和吸收粒子的分佈可以看成是平面平行分佈，即粒子特性僅隨高度發生變化，同一高度上的分佈可以看成均一分佈；而植被則在三維空間上均有變化，植被個體間往往存在一不定期的間隙，造成其在水平面上的不連續性，因而使問題複雜化。

  大氣中散射體爲粒狀分佈，而植被中散射體—葉片則有一定的取向和大小。前者造成植被中的輻射不僅與傳輸路徑長度和路徑上葉片密度有關，而且與路徑上葉片的取向有關；後者則造成明顯的“熱點”現象，即當觀測方向與輻射方向正好相反時，出現較強的反射亮度。

植被輻射傳輸模型中的三個參數

      植被中主要的光合組織是葉片，輻射在植被中進行傳輸時，更多地是與葉片發生相互作用而改變輻射特性，葉片對輻射傳輸的影響。
       葉片的物理特性包括葉片尺度、葉片取向、葉表面粗糙度以及葉片光學性質（如反射率、透過率和吸收率）等。     

      考慮由葉片所組成的整體性質，需要定義一些植被羣體特性參數，它們是對植被冠層結構和光學特徵的一種提煉化描述，是對全體葉片分佈統計平均的結果。這些統計量包括葉面積密度分布、G函數和G函數。

葉面積密度分佈

      輻射在介質中傳輸時，所受到的影響與散射體和吸收體的密度分佈有很大關係。葉面積密度指單位體積內葉片（單面）面積總和，它在空間分佈的形式稱爲葉面積密度分佈，通常以uL(r)表示，單位爲米-1。在植被平面平行分佈的假設下，可以表示爲uL(r)= uL(z)，即葉面積密度只隨垂直高度變化而改變，同一層的葉面積密度是均一的。

對於葉面積密度分佈，存在：
                                                          

式中積分上限H爲植被冠層深度，z的取向向下（即z=0爲植被上界，z=H爲植被下界），L0爲葉面積指數。

葉面積密度鉛垂分佈uL(z)是植被切層研究的基本參數。

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