用多角度遥感观测和BRDF模型对植物状况诊断评估(英文)

用遥感技术进行植物评估可与光谱植被指数联系起来，如规一化差分植被指数ＮＤＶＩ。ＮＤＶＩ值的变化一般被认为是植被数量和密度的变化，但直接与植物生长状况有关的植物光谱特性也会导致光谱植被指数的变化。因此，低植被指数可能由于低密度或肥料不足二者之一或共同造成。这会限制植被指数作为监测手段的使用。二向反射分布函数ＢＲＤＦ模型把植物密度和光学特性区别对待，因而它有助于植物状况的客观评估。在这项研究中，我们测量了两个冬小麦冠层多角度光谱反射：一个氮肥充足，一个贫乏。这些测量随后用于ＢＲＤＦ的反演，来估计光学特性和植物密度。结果表明，同时获得这两种参数是可行的。因此，用ＢＲＤＦ和多角度遥感测量手段进行氮肥养料有关的植物状况诊断分析是可能的。结果也显示出这种方法中如反演和计算时间所带来的一些局限性。     

BRDF室内实验处理系统及应用(英文)

与野外ＢＲＤＦ实验相比，室内实验更容易控制，具有无风、无云、光源固定和可全方位重复观测等优点，获取的反射率数据和测量的植被结构数据的精度要较野外测量的高，可用于ＢＲＤＦ模型验证及反演试验。     

改善MODIS BRDF产品热点效应的方法研究

核驱动的Ross Thick-LiSparse Reciprocal(RTLSR)双向反射函数(BRDF)模型已广泛地应用于MODIS等星载传感器的业务化产品处理中。但是,对于多年MODIS二向反射产品历史数据,如何基于RTMLSR模型发展一种简单有效快速的方法,进行热点效应的校正是一个迫切需要解决的问题。本文提出了一种简单有效的方法,不需要对观测数据重新反演,直接在现有MODIS二向反射产品的基础上进行热点校正,方便用户对历史MODIS二向反射产品的使用。该方法应用POLDER-3/BRDF数据库和部分经MODIS业务化算法筛选的反射率数据进行验证,并与RTLSR模型和RTMLSR模型的结果进行比较,结果表明:(1)该方法比现有的MODIS业务化RTLSR算法,对热点反射率有明显改善,拟合相对误差平均降低了10.12%;(2)该方法相对于RTMLSR模型在热点反射率拟合效果上差别不大,相对误差相差2.10%;(3)该方法对热点和冷点归一化的植被指数(NDHD)的估算效果有一定程度的改善,相对于RTLSR模型降低了约4.99%,与RTMLSR模型的相对误差相差1.32%,该方法对直接应用现有MODIS BRDF产品,基于热点方向反射率反演植被结构参数(如植被聚集指数)的精度提高有现实应用价值。     

应用核驱动BRDF模型与AVHRR数据监测撒哈拉土壤表面动态变化(英文)

将要用来处理来自即将开始运行的ＥＯＳＭＯＤＩＳ和ＭＩＳＲ仪器的ＢＲＤＦ／反照率乘积的反照率反演程序包中的ＢＲＤＦ模型在该文中被用来对来自ＡＶＨＲＲ数据的ＳＡＨＥＬ地区的方向反射数据进行建模。模型被证明能够很好地描述观测到的数据。同时也讨论了核的选择和导出模型的参数所含的信息内容等问题。     

植被冠层热点的季相和日相变化

随着热点卫星Triana的即将发射，地表热点季相和日相变化的研究变得日益重要。以几种植被冠层为例，采用计算机模拟的方法考查冠层热点的季相和日相变化。     

基于激光雷达卫星(GEDI)的广东省森林冠层高度和生物量估算

森林冠层高度和生物量估算对估算森林碳收支方面起到重要作用。本文以广东省森林为研究对象,以全球生态系统动态调查(GEDI)激光雷达卫星为数据源,分别采用回归树和克里金插值算法,对广东省的森林冠层高度和生物量进行反演。研究结果表明,广东省的树木高度普遍在10～20 m,占比超过50%。树高高值出现在粤北的韶关、肇庆等市,树高普遍在15～20 m;而湛江市的平均树高最低,普遍不足10 m。广东省森林生物量最大值为335.85 t/hm²,最小值为5.25 t/hm²,平均值为98.27 t/hm²。森林生物量高值区域主要分布在粤东山区和粤西山区,而广东省平原和城市化地区森林生物量则较低。本文结果为估算广东省森林生态系统碳吸收提供科学依据。     

表面BRDF反射率大气纠正的敏感度分析(英文)

该文系统地研究了ＢＲＤＦ反演和大气纠正的关系。研究中用到了ＭＯＤＩＳ的大气纠正法，而且，对于不同的植被类型和气溶胶光学深度用到了ＭＯＤＩＳ和ＭＩＳＲ的角度采样。结果显示在大气纠正中考虑ＢＲＤＦ表面各向异性是必要的，而且表面ＢＲＤＦ的反演和大气纠正可以迭代进行，大量模拟证明这一迭代收敛迅速。     

用几何光学模型对方向变化和直方图建模(英文)

森林和林地的图象二向性反射函数是一个统计函数，较之小尺度的树冠，它更多地用于大尺度的均匀覆盖的地块。用航空象片和高空间分辨率扫描仪数据作的图象热点影响研究在小尺度下显示出很大方差，而且，太阳和观测角度的交互变化进一步增加了这种反射各向异性变化的方差并有规律地继续呈现在分辨率低的图象中，这被称作ＢＲＶＦ或二向性反射方差函数。近年来，作为一种解释结构的手段，高分辨率图象的方向性方差和直方图结构越来越受到重视，这方面的数据也越来越多。这项工作是利用图象方差来解释结构问题（Ｓｔｒａｈｌｅｒ和李小文倡导）的一种延伸，并在过去１５年中由众多人员作了大量工作。在树冠尺度下，森林的直方图和二向反射方差函数可以计算出来，这里利用了近似迭代函数来处理这些数据并和数值积分模拟进行了对比，结果显示可对二向性反射方差函数的测量和引入直方图的各向异性进行准确建模。     

从空间测量陆面温度的可行性

为了将用于从卫星热红外数据测量海面温度的多波段方法应用到陆面温度的测量,我们通过大气辐射输运模型的模拟计算进行了可行性研究。所模拟的大气条件和表面温度的变化范围宽得足于覆盖晴天大气性质和表面温度的实际变化,这些变化对陆地来说比对海洋的大。地面高程也作为最重要的地形影响包括在模拟计算中。用频谱发射率的测量值或计算值表征的地面覆盖,包括雪、粘土、沙地和树叶的样品。从统计分析得到的经验反演模型在无云条件下可由卫星三个红外波段测量,较精确地估算陆面温度,在0—40°观察角范围内,其标准偏差小于0.3 K,最大误差小于1K。热红外波段可以是气象卫星甚高分辨率辐射计(AVHRR),也可以是正被EOSAT和NASA考虑用于将来遥感测量的传遥器,即陆地卫星上增加的热红外多波段或为陆面/海面测量设计的宽视野传遥器(Sea WiFS)。     

应用二向性反射分布函数进行反照率的精确计算和邻近象元效应校正(英文)

该文讨论二向性反射分布函数（ＢＲＤＦ）在遥感领域中两方面的应用：（１）晴天大气层顶部的反照率的确定，（２）二向性反射分布函数对邻近象元点扩散函数和大气订正的影响。大气层顶部的光谱反照率是从多角度成象光谱辐射计（ＭＩＳＲ）提取的重要参数，其精度主要取决于我们对不同情况表面建立更好的ＢＲＤＦ模型。该文论述一种与９个ＭＩＳＲ二向性反射观测值相匹配的半经验函数的算法，并可进而通过数值积分产生４个光谱波段的晴天大气层顶部的光谱反照率。结果显示反照率的绝对精度对可见光波段可高于１％，对近红外波段可高于２％。采用一种简化的辐射通量模型，我们的工作显示邻近象元点扩散函数（ＰＳＦ）的形状取决于下垫面表面的ＢＲＤＦ。在给定与中心象元的偏移（ｘ，ｙ）的条件下邻近象元的点扩散函数，由和沿观察方向的散射相函数的传输加权的乘积的积分给定。     

山地森林叶面积指数(LAI)遥感估算研究进展EI北大核心CSCD

叶面积指数LAI (Leaf Area Index)是表征植被几何结构及生长状态的重要生物物理参数,也是陆表过程模型的重要输入参数,如何获取高精度LAI一直备受关注。近年来,随着遥感数据的不断丰富,LAI遥感估算算法得到了快速发展,全球尺度的LAI产品已被广泛应用于气候与生态环境变化研究。然而,当前主流的LAI遥感产品生成算法基本上基于平坦地表假设而忽略了地形的影响,因此在地形复杂的地区精度较差。这是因为在山地中崎岖的地表不仅会导致严重的辐射失真现象,还会因邻近的地形对地物目标造成遮挡,因此森林多样的冠层结构和山地复杂地形的相互影响给LAI遥感反演带来了较大的不确定性。山地作为一种特殊的地貌,约占全球陆地表面的1/4,在中国占了近2/3,在这些复杂区域中估算LAI考虑地形因素十分必要。在本文中,我们首先系统地总结了现有LAI反演算法和全球遥感产品的分辨率、精度等信息,并讨论了将这些算法和产品应用于崎岖地形LAI反演的主要挑战。然后,针对山地植被场景中存在的地形效应、尺度效应,总结出山地植被冠层LAI反演的策略主要包括地形校正方法和山地辐射传输模型,并讨论了不同策略的优缺点。接着,文章讨论了野外观测的LAI数据在崎岖地形上存在的地形效应和尺度效应,以及这些效应对反演结果验证的影响程度。最后,综合总结和展望表明,遥感观测、山地辐射传输建模、机器学习技术等方面的协调使用将来可以为崎岖地表的LAI精准估算和可靠验证提供了一条有希望的途径。     

空间大地测量的最新进展(一)

现代大地测量的进展主要是空间大地测量的进展 ,而空间大地测量的进展以 GPS的进展最为突出。因此 ,本刊曾在 2 0 0 0年 4期和 2 0 0 1年 1期连载了 GPS的最新进展。现陆续介绍现代空间大地测量最新进展的全貌 ,包括 :1.空间大地测量最新进展的概况 ;2 .甚长基线干涉测量 (VL BI)的最新进展 ;3.激光测月 (L L R)和激光测卫 (SL R)的最新进展 ;4.卫星雷达测高的最新进展 ;5 .合成孔径雷达干涉测量 (INSAR)的最新进展 ;6 .由卫星集成的多普勒和无线电定位系统 (DORIS)的最新进展等     

冠层特征尺度的定量计算模型与方法

冠层特征尺度是植被定量遥感的基础概念,其物理定义和数学定量表达具有重要的研究意义。首先,基于光学辐射传输角度提出的冠层特征尺度的物理定义,即水平维线性混合条件下的最小分辨率单元,建立了冠层特征尺度的数学计算模型,并引入倒置的地统计学指数模型。然后,提出了基于局部方差分析的冠层特征尺度计算方法。最后,利用森林区域高分辨率图像,对论文提出的冠层特征尺度模型进行了定量验证。结果表明,冠层特征尺度模型计算的冠层特征尺度与树林株行距存在密切联系,线性复相关系数达0.95,证明了本文方法的合理性和可行性。本文提出的冠层特征尺度模型为地表特征尺度定量计算提供了一种新方法。     

联合星载高光谱影像和堆栈集成学习回归算法的红树林冠层叶绿素含量遥感反演

红树林是世界上生产力最高、价值最高的湿地生态系统之一。冠层叶绿素含量CCC（Canopy Chlorophyll Content）作为红树林重要的生物物理参量,是估算其生产力和评价其健康状况的重要指标。本文利用珠海一号高光谱卫星（OHS）影像与Sentinel-2A多光谱数据计算传统植被指数与组合植被指数并构建了高维数据集,综合利用正态分布检验、最大相关系数法与变量重要性评价进行数据降维和变量优选;分别基于单一线性回归算法、机器学习回归算法和堆栈集成学习回归算法构建了红树林CCC遥感反演模型,探明北部湾红树林CCC的最佳遥感反演模型,验证OHS高光谱影像与Sentinel-2A数据反演红树林CCC的精度差异,评估SNAP-SL2P算法反演红树林CCC的适用性。研究结果表明：（1）通过数据降维和变量选择处理,从高维度OHS数据集选取了8个特征变量,其中RSI_（12,17）、DSI_（12,18）和NDSI_（6,12）组合植被指数对红树林CCC反演精度的贡献率较高;（2）联合OHS数据和最优堆栈GBRT集成学习回归模型（Score=0.999,RMSE=0.963 μg/cm²）的训练精度优于最优RF机器学习回归模型（RMSE降低了7.531 μg/cm²）,明显优于最优Lasso线性回归模型（RMSE降低了19.383 μg/cm²）;（3）在最优堆栈集成学习回归模型下,OHS数据反演红树林CCC的精度（R²=0.761,RMSE=16.738 μg/cm²）高于Sentinel-2A影像（R²=0.615,RMSE=20.701 μg/cm²）;（4）联合OHS和Sentinel-2A数据的最优堆栈集成学习回归模型反演红树林CCC的精度都明显优于SNAP-SL2P算法（R²=0.356,RMSE=49.419 μg/cm²）。研究结果论证了正态分布检验、最大相关系数法和基于XGBoost的特征选择方法有效降低了高维数据集的维度,并得到了最优特征变量;OHS数据的最优堆栈GBRT集成学习回归模型训练精度最高,是估算红树林CCC的最优反演模型;OHS和Sentinel-2A数据都能有效反演红树林CCC（R²均大于0.61）,而OHS数据的估算精度更高（R²大于0.75）;SNAP-SL2P算法不能有效反演红树林CCC（R²小于0.4）,且对红树林CCC数值存在系统性低估。     

雪盖方向反射的多角度测量(英文)

雪域和表面反照率的精确测量对于推进人们认识全球气候系统非常重要。这是因为大面积雪盖的高反射特性（北半球的冬季，雪可覆盖到４０％的陆地表面）。雪的反射随太阳光线入射角度和观测角度的变化而变化。我们已采用具有不同空间分辨率的可见光传感器来获得雪的参数。目前，从卫星观测器能获得的只是天底观测方向反射数据，因此需要用多角度进行观测来获得雪域的半球反射率。我们建议用包括不同观测角信息和多极化信息的ＰＯＬＤＥＲ数据来研究雪域的方向反射。载于ＡＤＥＯＳ１卫星上的ＰＯＬＤＥＲ已于１９９６年８月成功发射。但目前仍不具备ＰＯＬＤＥＲ数据，我们研究采用的是从可定向的机载分光辐射谱仪获得的ＡＳＡＳ数据。从Ｍｏｎｔａｔａ冰河国家公园采集的数据显示出很强的角度依赖性。初步的结果证实了雪反射的各向异性。对雪盖ＢＲＤＦ认识是以后的发展真实反照率模型的关键。     

植被冠层立体结构与叶片倾角的偏振光效应

植被偏振特性研究对于植被监测与组分定量反演具有极其重要的作用。植被冠层的反射辐射具有偏振特性,这种特性与入射辐射和植被冠层结构相关。本文分析了偏振对光子—叶片—冠层之间细微相互作用及其变化的有效探测能力,并利用研究型扫描式偏振辐射仪RSP(Research Scanning Polarimeter)数据系统对比分析了偏振对不同叶倾角分布的估测。通过上述研究得出以下结论:(1)偏振观测能够对光线在冠层立体结构中的透射反射再出射过程给出精细刻画,若不用偏振手段对这一过程进行甄别并去除,则直接测算的植被散射系数会产生高达140%的误差;(2)利用偏振手段可以为高精度大倾角、多时相遥感观测提供可能,以此可改变目前光学遥感小角度、垂直观测的较严格约束;(3)偏振辐射呈现出随波长的稳定特性(相关系数0.96),使得利用偏振手段可以更好地研究冠层结构;(4)不同叶倾角分布对入射辐射存在不同的偏振反射,为利用多角度偏振信息进行遥感植被精细分类提供了新的途径。本文详细描述冠层结构和植被偏振特性的相互作用,通过对冠层立体结构与叶倾角的研究,刻画了植被定量遥感的方向性信息与高精度实现,为高分辨率遥感定量化的有效信息挖掘提供了新手段。