一種水生植被-大氣耦合輻射傳輸模型的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水生植被—大氣耦合輻射傳輸模型。其步驟如下：將水生植被分為兩層；將植被冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)、觀測(cè)幾何、單個(gè)葉片反射率與透過率等輸入到Suits模型，計(jì)算植被冠層的消光及散射系數(shù)；將水體組分濃度輸入水體光學(xué)模型，計(jì)算水體的消光及散射系數(shù)；利用觀測(cè)幾何、風(fēng)速等條件以及水體、植被冠層的消光及散射系數(shù)，計(jì)算水生植被的二向光譜反射特性；將水生植被的反射光譜作為下邊界條件，與相關(guān)大氣參數(shù)一起輸入到MODTRAN模型，計(jì)算衛(wèi)星入瞳輻亮度。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同水生植被類型與結(jié)構(gòu)參數(shù)、水體組分濃度、太陽照射與觀測(cè)幾何等情形下，水生植被冠層反射光譜與表觀輻亮度的模擬，是實(shí)現(xiàn)濕地生態(tài)系統(tǒng)植被與水環(huán)境參數(shù)精確遙感反演的前提與基礎(chǔ)。
【專利說明】一種水生植被-大氣耦合輻射傳輸模型
(-)所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水生植被-大氣耦合輻射傳輸模型，屬于光學(xué)遙感領(lǐng)域，在濕地遙感技術(shù)研究和定量化應(yīng)用方面具有重要意義。
(二)【背景技術(shù)】
[0002]自然界的淺水水域(湖泊、河流、濕地等)生長(zhǎng)的水生植被可以分為:挺水植被與沉水植被。相對(duì)水體，水生植被具有相對(duì)較高的反射率以及明顯的光譜反射特征，因此水生植被的存在會(huì)對(duì)光學(xué)淺水遙感信號(hào)產(chǎn)生顯著的影響。因此，科學(xué)認(rèn)識(shí)水生植被的光譜反射特性及二向反射特性，對(duì)水生植被的遙感監(jiān)測(cè)、淺水水域水質(zhì)參數(shù)反演等具有非常重要的意義。
[0003]為了從遙感影像中獲取水生植被以及水體的信息，需要對(duì)太陽輻射在水生植被-大氣耦合系統(tǒng)中的傳輸過程有深入的了解。太陽輻射經(jīng)地表物體反射后被衛(wèi)星傳感器接收的過程中，兩次經(jīng)過大氣層。因此在遙感影像定量化應(yīng)用的過程中必須考慮大氣的影響，并對(duì)大氣效應(yīng)予以精確校正。
[0004]關(guān)于植被冠層二向反射特性、水體光譜反射特性的研究在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。但水生植被反射特性、水生植被-大氣耦合系統(tǒng)輻射傳輸特性的研究相對(duì)較少。這主要是由于影響水生植被-大氣耦合系統(tǒng)中輻射傳輸?shù)囊蛩剌^多，現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)量比較困難，水面的波動(dòng)、水生植被的非均勻分布、大氣狀況的非均勻分布以及動(dòng)態(tài)變化等都能引起較大誤差，難以通過實(shí)驗(yàn)精確測(cè)量。以往的諸多相關(guān)研究多側(cè)重于水生植被反射光譜的測(cè)量；或者構(gòu)建水體-大氣耦合輻射傳輸模型，不考慮水生植被的影響。實(shí)際上水生植被的存在會(huì)顯著影響水體的反射光譜與方向反射特性，水生植被的反射特性與陸地植被也具有明顯的差異。隨著高空間分辨率、高光譜分辨率的新型衛(wèi)星傳感器不斷投入使用，研究輻射在水生植被-大氣耦合系統(tǒng)中的傳輸規(guī)律，對(duì)水生植被的遙感監(jiān)測(cè)與參數(shù)反演具有重要的意義以及應(yīng)用價(jià)值。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明涉及一種水生植被-大氣稱合福射傳輸模型。技術(shù)解決方案是:將水生植被分為兩層；將植被冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)、觀測(cè)幾何、單個(gè)葉片反射率與透過率等條件輸入到Suits植被冠層輻射傳輸模型，計(jì)算植被冠層對(duì)輻射的消光及散射系數(shù)；將水體組分(葉綠素、懸浮物質(zhì)、有色可溶有機(jī)物)濃度輸入水體模型，計(jì)算水體對(duì)輻射的消光及散射系數(shù)；利用觀測(cè)幾何、風(fēng)速等條件以及水體、植被冠層對(duì)輻射的消光及散射系數(shù)，計(jì)算水生植被的二向光譜反射特性；將水生植被的反射光譜作為下邊界條件，與大氣參數(shù)一起輸入到MODTRAN大氣輻射傳輸模型，計(jì)算表觀輻亮度。其具體步驟如下:
[0006]I 一種水生植被-大氣耦合輻射傳輸模型。其特征在于包含以下步驟:
[0007]( I)將水生植被分為兩層；
[0008](2)將植被冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)、觀測(cè)幾何、單個(gè)葉片反射率與透過率等條件輸入到Suits植被冠層輻射傳輸模型，計(jì)算植被冠層對(duì)輻射的消光及散射系數(shù)；
[0009](3)將水體組分(葉綠素、懸浮物質(zhì)、有色可溶有機(jī)物)濃度輸入光學(xué)水體模型，計(jì)算水體對(duì)入射輻射的消光及散射系數(shù)；
[0010](4)利用觀測(cè)幾何、風(fēng)速等條件以及水體、植被冠層對(duì)輻射的消光及散射系數(shù)，計(jì)算水生植被冠層的二向光譜反射特性；
[0011](5)將水生植被的反射光譜作為下邊界條件，與大氣參數(shù)一起輸入到MODTRAN大氣輻射傳輸模型，計(jì)算表觀輻亮度。
[0012]2根據(jù)權(quán)利I要求所述的一種水生植被-大氣耦合輻射傳輸模型，其特征在于:步驟(I)中所述的“將水生植被分為兩層”，具體計(jì)算過程如下:根據(jù)水生植被高度與水深的相對(duì)關(guān)系，將水生植被分為挺水植被與沉水植被兩類，其中挺水植被以水面為界分為兩層，沉水植被以冠層頂部為界分為兩層，每層皆可視作混合均勻、光學(xué)特性均一的介質(zhì)。
[0013]3根據(jù)權(quán)利I要求所述的一種水生植被-大氣耦合輻射傳輸模型，其特征在于:步驟(2)中所述的“將植被冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)、觀測(cè)幾何、單個(gè)葉片反射率與透過率等條件輸入到Suits植被冠層輻射傳輸模型，計(jì)算植被冠層對(duì)輻射的消光及散射系數(shù)”，具體計(jì)算過程如下:將植被冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)、觀測(cè)幾何、單個(gè)葉片反射率與透過率等條件輸入到Suits植被冠層輻射傳輸模型，計(jì)算植被冠層對(duì)輻射的消光及散射系數(shù)。
[0014]4根據(jù)權(quán)利I要求所述的一種水生植被-大氣耦合輻射傳輸模型，其特征在于:步驟(3)中所述的“將水體組分(葉綠素、懸浮物質(zhì)、有色可溶有機(jī)物)濃度輸入水體光學(xué)模型，計(jì)算水體對(duì)入射輻射的消光及散射系數(shù)”，其計(jì)算過程如下:
[0015]第一步:計(jì)算水體各組分及總的吸收與后向散射系數(shù)
【權(quán)利要求】
1.一種水生植被-大氣耦合輻射傳輸模型。其特征在于包含以下步驟: (1)將水生植被分為兩層； (2)將植被冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)、觀測(cè)幾何、單個(gè)葉片反射率與透過率等條件輸入到Suits植被冠層輻射傳輸模型，計(jì)算植被冠層對(duì)輻射的消光及散射系數(shù)； (3)將水體組分(葉綠素、懸浮物質(zhì)、有色可溶有機(jī)物)濃度輸入水體光學(xué)模型，計(jì)算水體對(duì)入射輻射的消光及散射系數(shù)； (4)利用觀測(cè)幾何、風(fēng)速等條件以及水體、植被冠層對(duì)輻射的消光及散射系數(shù)，計(jì)算水生植被冠層的二向光譜反射特性； (5)將水生植被的反射光譜作為下邊界條件，與大氣參數(shù)一起輸入到MODTRAN大氣輻射傳輸模型，計(jì)算表觀輻亮度。
2.根據(jù)權(quán)利I要求所述的一種水生植被-大氣耦合輻射傳輸模型，其特征在于:步驟(1)中所述的“將水生植被分為兩層”，具體計(jì)算過程如下:根據(jù)水生植被高度與水深的相對(duì)關(guān)系，將水生植被分為挺水植被與沉水植被兩類，其中挺水植被以水面為界分為兩層，沉水植被以冠層頂部為界分為兩層，每層皆可視作混合均勻、光學(xué)特性均一的介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利I要求所述的一種水生植被-大氣耦合輻射傳輸模型，其特征在于:步驟(2)中所述的“將植被冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)、觀測(cè)幾何、單個(gè)葉片反射率與透過率等條件輸入到Suits植被冠層輻射傳輸模型，計(jì)算植被冠層對(duì)輻射的消光及散射系數(shù)”，具體計(jì)算過程如下:將植被冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)、觀測(cè)幾何、單個(gè)葉片反射率與透過率等條件輸入到Suits植被冠層輻射傳輸模型，計(jì)算植被冠層對(duì)輻射的消光及散射系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利I要求所述的一種水生植被-大氣耦合輻射傳輸模型，其特征在于:步驟(3)中所述的“將水體組分(葉綠素、懸浮物質(zhì)、有色可溶有機(jī)物)濃度輸入水體光學(xué)模型，計(jì)算水體對(duì)入射輻射的消光及散射系數(shù)”，其計(jì)算過程如下: 第一步:計(jì)算水體各組分及總的吸收與后向散射系數(shù)

5.根據(jù)權(quán)利I要求所述的一種水生植被-大氣耦合輻射傳輸模型，其特征在于:步驟(4)中所述的“利用觀測(cè)幾何、風(fēng)速等條件以及水體、植被冠層對(duì)輻射的消光及散射系數(shù)，計(jì)算水生植被冠層的二向光譜反射特性”，具體計(jì)算過程如下: 第一步:對(duì)于水體與植被混合介質(zhì),將水體對(duì)介質(zhì)消光及散射系數(shù)的貢獻(xiàn)乘以水體在混合介質(zhì)中的體積比，再與植被貢獻(xiàn)相加。 第二步:根據(jù)Cox-Munk模型計(jì)算波浪水面的二向反射分布函數(shù)
6.根據(jù)權(quán)利I要求所述的一種水生植被-大氣耦合輻射傳輸模型，其特征在于:步驟(5)中所述的“將水生植被的反射光譜作為下邊界條件，與大氣參數(shù)一起輸入到MODTRAN大氣輻射傳輸模型，計(jì)算表觀輻亮度”，具體計(jì)算過程如下 第一步:將大氣參數(shù)與水生植被的光譜反射率寫入MODTRAN的輸入文件； 第二步:調(diào)用M0DTRAN，計(jì)算表觀輻亮度。
【文檔編號(hào)】G01N21/17GK103630495SQ201310562540
【公開日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月13日
【發(fā)明者】周冠華, 趙慧潔, 牛春躍, 徐武健 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)