三维非同温表面热辐射方向性模型的室内模拟实验验证

基于室内模拟实验,对遥感像元尺度地表热辐射方向性模型进行验证.当考虑地表像元具有明显的三维结构且像元内温度非均一时,像元辐射亮温的方向性取决于像元结构和像元组分的温差,对三维非同温表面的室内模拟和观测实验验证了基于这一思路建立的表面热辐射方向性模型.     

非同温表面热辐射方向性LSF概念模型的野外试验验证

用禹城矮杆冬小麦的热辐射方向性实地测量数据,验证LSF非同温表面热辐射方向性概念模型.小麦结构造成的方向比辐射率用辐射传输模型经基尔霍夫定律得到,视在温差引起的方向比辐射率用间隙率模型计算.结果表明LSF概念模型正确描述了非同温像元的热辐射方向性.     

连续植被的热辐射方向性

正确认识非同温混合像元热辐射方向性规律是利用多角度遥感数据反演像元组分温度的前提。论文基于局地热平衡条件和组分有效发射率概念探讨了连续植被的热辐射方向性模型。模型表明同温下的热辐射方向性只决定于连续植被体系总有效发射率的方向性，它是各组分有效发射率的和，决定于植被叶面和土壤表面的发射率、冠层结构参数。在非同温状况下，组分温度通过组分有效发射率调节体系的辐射亮度方向变化。模型解释了热辐射中孔穴效应问题。并通过蒙特卡罗逆向模拟从微观探讨了热辐射方向性与植被叶面和土壤表面的发射率、冠层结构参数的关系，并对孔穴效应引起体系发射率的增量和辐射亮度的增量进行了模拟分析。结果表明，对于球面型连续植被，叶面和土壤表面发射率值分别取0.98和0.94时，垂直方向上孔穴效应使体系的总有效发射率有0.01-0.025幅度的增值。当连续植被处于20℃同温状况时，孔穴效应引起的辐射亮度增量基本上都在0.8℃以上，最高可达到1.3℃。     

利用遗传算法优化神经网络实现混合像元组分参数的反演

采用热红外多波段遥感数据反演陆面温度(LST),由于波段间信息高度相关,以及难以直接反演混合像元组分温度,使得LST的反演精度和应用价值都受到很大的限制.在建立非同温混合像元热辐射方向性模型基础上指出,热红外多角度遥感提供了反演组分温度的可能性,但是,由于该模型是采用蒙特卡洛方法模拟而建立起来的数值概念模型,采用一般反演方法很难同时提取所有参数信息.为了有效获取各参数信息,使用神经网络模型.由于待反演参数中,组分温度、土壤比辐射率和叶面积指数(LAI)都是多角度辐射亮度的非线性函数,然而,使用经典的误差后传(BP)算法容易陷入局部最优解区域;虽然遗传算法(GA)可以搜索到全局最优解,但在微机上实现算法速度太慢,因此,采用GA训练神经网络,得到网络权重,然后再以GA训练得到的权重作为BP算法的初始权重,继续训练神经网络,直到获得满意结果.这样既可以发挥BP算法快速寻优的特点,又能得到网络权重的最优组合.数值模拟的结果表明,基于非同温混合像元热辐射方向性模型,采用GA优化的神经网络模型反演多维参数效果比较理想.     

陆面温度反演的新进展

指出了利用多通道数据反演陆面温度所存在的问题,在说明非同温混合像元热辐射方向性规律的基础上,对利用多角度数据进行陆面组分温度反演进行了可行性分析。     

非同温平面混合像元热辐射尺度效应的模拟验证

用计算机模拟的方法来讨论遥感像元热红外辐射的尺度效应.模拟主要针对平面非同温像元,用多变元随机量生成像元内组分不同发射率和温度,通过比较模拟的热辐射尺度效应与李小文等的Planck定律尺度纠正公式,证明该公式可正确纠正非同温像元的热辐射尺度效应.     

非匀一冠层热辐射方向性3维模型构建——以玉米冠层为例

建立适用于多类型植被场景的热辐射方向性模型是进行地表热辐射方向性研究的一种手段。利用真实植株几何及生理参数的统计平均值来刻画理念植株,并给定其空间分布特征,进行不同生长期植被冠层的描述。基于冠层双向孔隙率思想构建了冠层热辐射方向性3维模型,模型继承了孔隙率模型在计算冠层热辐射方向性上的简洁优势同时以几何光学的思想考虑了冠层空间异质性对冠层热辐射方向性的影响。以玉米冠层为例,进行了不同生长期玉米冠层热辐射方向亮温的模拟,通过与实地测量数据的比对表明,本文发展的模型能够较准确地模拟不同生长期玉米植被场景的方向亮温变化规律,模拟误差主要来自理念株的刻画误差、玉米叶片形状的近似以及忽略了多次散射贡献等3个方面。模型的构建方法对稀疏植被场景、浓密植被场景、多类型植被的混合场景均可适用,不同观测几何下的植被场景4组份面积比计算结果有望应用于复杂地表条件下地表返照率的研究。     

非同温离散体热辐射方向性模拟与验证

自然界中的离散植被类型是广泛存在的,用离散圆锥体代替单棵树冠,详细说明了用蒙特卡罗方法模拟非同温离散体热辐射方向性规律的过程.模拟结果经室内实验结果对比表明对较为光滑的目标作朗伯体假设,以及只考虑目标物的直接辐射而忽略多次散射,其模拟结果与实验结果相差稍大.     

水平均匀冠层热辐射的计算机模拟和模型验证

讨论使用蒙特卡罗方法模拟非同温水平均匀冠层热辐射的方向性特征.模拟中,水平均匀冠层用叶面积指数、叶倾角分布函数和叶面积指数廓线描述,设土壤和叶片均为朗伯体,蒙特卡罗模拟基于光子在非同温冠层中的传输过程,并且考虑了光子在冠层内的多次散射.现有的计算机模拟结果验证了李小文等提出的非同温地表有效比辐射率概念模型.     

非同温目标混合像元红外辐射实验研究

试图用实测数据对非同温目标混合像元红外辐射的"尺度效应,,进行探讨.实验结果表明,在将混合像元的等效温度定义为面积加权平均温度这样一个可检测的物理量的情况下,有效发射率的视在增量是存在的,是波长的函数.该实验验证了李小文等的非同温表面的尺度效应理论.     

耦合ENVI-met与RAPID模型模拟3维异质植被场景亮温分布

遥感地表温度产品(LST)对陆面过程和全球与区域气候变化研究具有重要价值。但是当前卫星遥感观测到的地表温度分辨率较粗,多为混合像元,有明显的角度效应和时空变化特征,严重影响陆面过程等研究的应用精度。为定量评估3维异质性场景对亮度温度分布的影响,本文基于再分析资料,耦合3维小气候模型ENVI-met和3维热辐射传输模型RAPID,开展了地表3维温度场的模拟。研究以全球数值预报产品NCEP来提供ENVI-met所需的边界条件,分别进行了异质性植被场景的亮温水平分布和热辐射方向性模拟试验。在水平分布模拟研究中,基于机载G-LiHT数据(光学影像、激光雷达数据、LST产品)提供3维场景构建输入参数和温度场验证数据,并以美国某湿地区域的6个不同异质性场景为例进行了模拟与验证;在热辐射方向性的模拟研究中,基于机载WiDAS多角度多光谱数据构建了3维场景,并以黑河地区的2个异质性场景为例进行了模拟与验证。结果显示:(1)星下点亮温模拟值在水平分布上与G-LiHT的LST亮温值较为接近(标准误差RMSE为1.1 K),说明耦合模型能有效模拟不同空间异质性下的亮温分布。其中,裸土模拟误差最大(2.31 K),两种行播作物方向的模拟误差均小于1.2 K,道路宽度对模拟结果有影响(约为1 K);(2)耦合模型的多角度模拟结果与方向性亮温随视角的变化规律相一致,但变化速率和大小存在着差异。本文的模拟方法可以用于预测卫星过境时刻地表的热辐射方向性。     

MISR和MODIS二向性反射数据产品的对比分析

利用4种地表类型共16个地面站点的MISR 9个角度反射率数据产品和MODIS反射率数据产品(MOD09A1), 对比两种传感器获取的地表方向反射观测数据和用BRDF模型参数产品计算的方向反射数据, 分析了这两种BRDF模型参数的外推能力。研究结果表明: (1) MISR和MODIS BRDF模型参数数据产品都具有一定的对观测数据以外方向反射的外推能力, 相比用MISR BRDF模型参数数据外推到相应MODIS观测角度方向反射的结果一致性较强。(2) 采用两种BRDF模型参数推算的方向反射率与观测数据的接近程度有随观测天顶角的增大而减弱的趋势, 在观测天顶角较小时一致性较好。(3) 所用数据处理结果显示, MODIS BRDF模型参数数据产品在近垂直主平面方向反射率推算结果相比近主平面方向的推算结果更接近观测数据。     

作物冠层的热红外辐射传输模型

通过在辐射传输方程中添加热发射项的方式 ,直接把一个常用的可见光波段的冠层模型———SAIL模型改造成热红外波段模型。该模型与Hapke公式相比能更准确地计算多种农作物冠层的热红外辐射特性 ,并能方便地作为一个基础模块融合到其他更高层次的热红外辐射模型中去     

星载微波SSM/Ⅰ遥感在中国东北华北农田的辐射特征分析

本文研究了星载微波ＳＳＭ／Ⅰ１９９６年在中国东北华北平原农田上７个通道辐射亮度温度（ＴＢ）的遥感数据,提出用几个通道ＴＢ组合的散射指数和极化指数来分析中国平原地区农田的微波辐射特征,及其随生长季节的时间性变化。星载ＳＳＭ／Ⅰ数据可以监视农作物的生长和平原地区地面湿度的变化。本文还给出了大气和农作物地表矢量辐射传输的数值模拟结果。     

利用ATSR—2数据提取地表组分温度

发展了一种迭代算法，能够利用ATSR－2双角观测同时进行大气校正和反演地表的组分（植被和土壤）温度。在算法中，全球通用二次方（QUAD）算法用于进行大气校正，LSF模型用于计算等效方向发射率，通过迭代的方法，同时反演地表组分温度和进行大气校正。结果表明，在可接受的范围内，土壤温度和植被温度可以被分离开来，而且，反演出的两个方向发射率的差和经过大气校正后的两个方向亮温的差有很好的相关性。更进一步的敏感性和不确定性分析表明，如果利用USM进行分阶段反演，可以得到更好的结果。     

星载微波SSM/Ⅰ遥感在中国东北华北农田的辐射特征分析

国家遥感应用工程技术研究中心ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＧｅｏｍａｔｉｃｓ（ＮＣＧ）国家遥感应用工程技术研究中心于１９９６年１２月２５日由国家科委正式批准组建（国科发计字［１９９６］６０３号文件）。中国科学...     

基于3D真实植被场景的全波段辐射传输模型研究

本文基于3D真实场景CLAMP模型模拟的植被冠层，对冠层在可见一近红外波段和热红外波段的辐射传输进行了综合建模。针对CLAMP模型生成场景的通用和近似特征，在可见一近红外波段，对植被和土壤的单次散射贡献利用光子逆向追踪算法进行了精确计算，多次散射的贡献则采用四流近似理论来计算，以提高运算效率。模型结果与SAILH模型结果进行了比较，具有较好的一致性，并且体现出了优于一维辐射传输模型的模拟结果。在热红外波段，采用几何光学原理，冠层方向亮度温度由可视光照叶片、遮荫叶片、光照土壤和遮荫土壤的比例与对应组分亮温乘积之和得到，模拟结果体现了合理的变化趋势。对冠层主要结构参数LAI和ALA的敏感性进行了比较分析，不同波段模型模拟的方向性辐射结果，很好地反映了结构参数对冠层辐射特性的影响。     

植被遥感辐射传输建模中的异质性研究进展

遥感辐射传输建模是在研究电磁波与地物相互作用机理的基础上,建立遥感观测信号与地物属性、地物结构和观测几何等参量之间定量关系的模型,是理解遥感观测信号和反演地表参量的理论基础。近年来空间异质性问题引起了定量遥感领域的高度关注,高分辨率卫星及激光雷达等数据的日益丰富给研究空间异质性提供了有力支撑。在异质性植被场景遥感辐射传输建模过程中,像元内部的组分比例、3维结构、空间格局以及端元边界处的阴影效应与散射过程等方面是需要重点考虑的因素。本文在总结非均质地表空间异质性描述的基础上,分别总结了植被二向性反射与热红外辐射方向性建模研究的发展历程,以及非均质地表植被遥感建模研究的最新进展,并指出了地表遥感建模中研究异质性问题的发展方向。     

垄行作物玉米方向亮温野外测量中视场角影响的简单分析

基于透视原理、地面试验中对于较高目标的观测存在着一定的偏差。这种偏差随传感器高度、观测角度、视场角大小、观测位置等多个因素改变。由于垄行作物空间结构和温度分布的复杂性 ,在采用较大视场角测量方向亮温的地面实验中 ,将不可避免地存在着误差。采用一个简化的三分量二维结构模型对这种误差进行初步的分析与估算。亮温三分量分别为植被、被阳光照到的亮土和植被阴影下的暗土。作物的结构简化为剖面为矩形的无限长平行体。通过对这三个分量在传感器视场中面积权重的计算来模拟目标结构、传感器高度、位置、视场角大小、观测角度等因素对测量结果产生的影响。模拟结果表明 ,在垂直观测中 ,视场中的植被权重往往被高估 ,偏差随传感器高度的降低急剧增加。在倾斜观测中 ,由于一种互补效应的产生 ,偏差被限制在一个较低的范围内。经过分析 ,减小误差的最有效办法是提高传感器高度。最后 ,实验数据与模拟结果进行了比较。恰当地选取模型输入 ,两种数据能非常好的吻合。