定量遥感课件：地表反照率反演.ppt

1、地表反照率反演地表反照率反演1前言 地表反照率（地表反照率（Albedo） 定义为地表向各个方向反射的全部光通量与定义为地表向各个方向反射的全部光通量与总入射光通量的比。反照率是反射率对所有总入射光通量的比。反照率是反射率对所有观测方向的积分。观测方向的积分。 表征地球表面对太阳辐射的反射能力，是一表征地球表面对太阳辐射的反射能力，是一个广泛应用于地表能量平衡、中长期天气预个广泛应用于地表能量平衡、中长期天气预测和全球变化研究的重要参数。测和全球变化研究的重要参数。几个名词 定向半球反照率, 或直入扇出反照率, 黑空反射率 ：双半球反照率,或扇入扇出反照率, 白空反射率 。 过去，只是单一角度

2、的遥感数据，从这些数据中过去，只是单一角度的遥感数据，从这些数据中反演地表反照率常常假定地表为朗伯体反射，但反演地表反照率常常假定地表为朗伯体反射，但是这种假设会引起很高的误差。是这种假设会引起很高的误差。 现在发展的多角度遥感提供了地表不同方向的反现在发展的多角度遥感提供了地表不同方向的反射，考虑到反射的方向性特征可以更准确地推算射，考虑到反射的方向性特征可以更准确地推算地表反照率，这样就要用到描述地表方向反射的地表反照率，这样就要用到描述地表方向反射的二向反射函数（二向反射函数（BRDF）。）。 美国发射的美国发射的EOS利用利用MISR和和MODIS两个传感器两个传感器提供了大量的不同角

3、度的地表方向反射观测数据，提供了大量的不同角度的地表方向反射观测数据， 绝大部分地物在不同的入射光角度和观测绝大部分地物在不同的入射光角度和观测角度下其反射率不同，且不同地物的二向角度下其反射率不同，且不同地物的二向反射性质也有所差异。所以，反演地表反反射性质也有所差异。所以，反演地表反照率，必解决照率，必解决地表覆盖类型地表覆盖类型及各覆盖类型及各覆盖类型的的二向反射模型二向反射模型问题。对于平原地区，影问题。对于平原地区，影响地物二向反射率性质最重要的因素是植响地物二向反射率性质最重要的因素是植被，所以植被的二向性反射模型是反照率被，所以植被的二向性反射模型是反照率反演的基础。反演的基础。

4、二向性反射模型二向性反射模型 统计模型统计模型 物理模型物理模型 半经验模型半经验模型统计模型统计模型 统计模型又称为统计模型又称为“经验模型经验模型”，典型的有，典型的有 Walthalletal模模型型 主要应用于系统误差的校正主要应用于系统误差的校正缺点：缺点： 统计模型不能提供对地表定量的描述，参数的求解需大量统计模型不能提供对地表定量的描述，参数的求解需大量的数据的运算。的数据的运算。 由于其不同波段的参数之间没有逻辑关系，模型参数着波由于其不同波段的参数之间没有逻辑关系，模型参数着波段的增加而增加，导致反演困难。段的增加而增加，导致反演困难。物理模型物理模型 物理模型是根据物理学原

5、理建立的模型，物理模型是根据物理学原理建立的模型，由于模型的参数具有明确的物理含义，得由于模型的参数具有明确的物理含义，得到了全面深入的研究，是目前二向反射率到了全面深入的研究，是目前二向反射率反演研究的重点。反演研究的重点。物理模型分为：物理模型分为： 辐射传输模型辐射传输模型 几何光学模型几何光学模型 计算机模拟模型。计算机模拟模型。辐射传输模型辐射传输模型 辐射传输模型描述基于混浊介质中电磁波辐射传输模型描述基于混浊介质中电磁波的散射机理，在大气散射等研究中很大成的散射机理，在大气散射等研究中很大成功。功。 但是该类模型的一个基本假设是冠层可以但是该类模型的一个基本假设是冠层可以近似分解

6、为无限大的水平均匀的薄层，每近似分解为无限大的水平均匀的薄层，每一层中的植被单元可以当作小的吸收和散一层中的植被单元可以当作小的吸收和散射微片，本质上忽略了植被的结构特征。射微片，本质上忽略了植被的结构特征。 较适合于对草地、农作物和密林的描述，较适合于对草地、农作物和密林的描述，而对植株分布不均匀的疏林则效果较差。而对植株分布不均匀的疏林则效果较差。几何光学模型几何光学模型 几何光学模型从植株等宏观个体入手，将几何光学模型从植株等宏观个体入手，将地面目标假定为一定形状的几何体，引入地面目标假定为一定形状的几何体，引入四个分量的概念，根据该四个参数在不同四个分量的概念，根据该四个参数在不同光照

7、和观测条件下的几何光学关系建立二光照和观测条件下的几何光学关系建立二向反射分布模型。向反射分布模型。 几何光学模型能够解释热点现象，且能够几何光学模型能够解释热点现象，且能够较好地描述稀疏林地的二向性反征。较好地描述稀疏林地的二向性反征。计算机模拟模型计算机模拟模型计算机模拟模型基本可分为两类计算机模拟模型基本可分为两类: 一是蒙特卡洛方法与辐射传输思想相结合的模拟一是蒙特卡洛方法与辐射传输思想相结合的模拟模型；模型； 另一种所谓的另一种所谓的“真实结构模型真实结构模型“，这类模拟基于，这类模拟基于计算机图形学产生植被的真实结构，并利用光子计算机图形学产生植被的真实结构，并利用光子追踪法或辐射

8、通量法来计算植被的反射。追踪法或辐射通量法来计算植被的反射。 其最大的优点是逼真，理论上可以模拟任何植被其最大的优点是逼真，理论上可以模拟任何植被结构。结构。 计算机模拟的方法可以作为验证其它模型或探索计算机模拟的方法可以作为验证其它模型或探索新的解析近似的工具，但在目前很难应用于实际新的解析近似的工具，但在目前很难应用于实际的反演。的反演。半经验模型半经验模型-核驱动模型核驱动模型 近年来出现了将物理模型与统计模型相结合的近年来出现了将物理模型与统计模型相结合的“半经验模半经验模型型“。“半经验模型半经验模型“将将BRDF等价为体散射等价为体散射”核核”、表、表面散射面散射“核核”和一个表征各向同性常量的加权核。于是称和一个表征各向同性常量的加权核。于是称为为“核驱动模型核驱动模型” “半经验模型半经验模型”具有定性的物理含义，由于只有三个待反具有定性的物理含义，由于只有三个待反演的参数，操作起来较为容易。相比之下核驱动模型最为演的参数，操作起来较为容易。相比之下核驱动模型最为具有实用价值，它在充分考虑反射率角度的变化下又不失具有实用价值，它在充分考虑反射率角度的变化下又不失其实用价值。但是这三个参数不能提供对地表定量的描述。其实用价值。但是这三个参数不能提供对地表定量的描述。