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三种植被冠层二向反射分布函数模型的比较
于颖, 范文义, 杨曦光
植物生态学报    2012, 36 (1): 55-62.   DOI: 10.3724/SP.J.1258.2012.00055
摘要   (3289 HTML6 PDF(pc) (528KB)(4007)  

随着定量遥感技术的发展, 描述森林冠层二向反射分布函数(BRDF)的机理模型越来越多。该研究采用3种植被冠层BRDF模型——DART模型、4SCALE模型和MGEOSAIL模型, 模拟了不同郁闭度样地在红光、近红外波段各个观测角度下的场景反射率, 并比较分析了不同BRDF模型的适用性和局限性。结果表明: MGEOSAIL模型只适于模拟样地郁闭度较小、林木个体较大条件下的场景反射率, 且热点效果不十分明显; DART模型和4SCALE模型适于任何郁闭度条件下的场景反射率的模拟, 并且精度较高; 4SCALE模型模拟的场景反射率介于DART模型模拟的1次散射与5次散射之间。这3种模型在模拟近红外波段的场景反射率时, 均存在“碗边”效应。


变量
Variable
变量值 Variable value
落叶松纯林大样地
Plot of Larix gmelinii
白桦纯林大样地
Plot of Betula platyphylla
纯落叶松疏林大样地
Sparse plot of Larix gmelinii
太阳方位角 Sun azimuth (°) 0 0 0
太阳天顶角 Sun zenith (°) 40 40 40
叶片反射率(红光/近红外)
Leaf reflectance (red/near-infrared)
0.015 7 / 0.437 5 0.028 0 / 0.423 9 0.015 7 / 0.437 5
叶片透射率(红光/近红外)
Leaf transmissivity (red/near-infrared)
0.006 0 / 0.360 8 0.009 0 / 0.347 6 0.006 0 / 0.360 8
茎干反射率(红光/近红外)
Stem reflectance (red/near-infrared)
0.087 7 / 0.243 0 0.011 4 / 0.227 5 0.087 7 / 0.243 0
茎干透射率(红光/近红外)
Stem transmissivity (red/near-infrared)
0/0 0/0 0/0
背景反射率(红光/近红外)
Background reflectance (red/near-infrared)
0.052 4 / 0.608 4 0.057 3 / 0.379 8 0.052 4/0.608 4
场景叶面积指数 Leaf area index of the scene 3.2 2.9 0.5
树干高 Height of the trunk (m) 16.0 8.2 16.0
冠高 Height of the canopy (m) 7.6 7.6 7.6
冠半径 Canopy radius (m) 1.75 0.95 1.75
枝倾角 Branch dip angle (°) 22.5 27.0 22.5
叶倾角 Leaf dip angle (°) 65 50 65
枝厚度 Branch thickness (m) 0.014 7 0.012 6 0.014 7
叶厚度与宽度之比
Ratio of leaf thickness to width
0.750 0.017 0.750
叶大小 Leaf size (m) 0.005 0.034 0.005
半锥顶角 Half apex angle (°) 35 - 35
簇内针的聚集度
Clumping index of shoots
1.4 - 1.4
树木分布及NEYMAN参数m2
Tree distribution and NEYMAN parameter m2
随机分布m2= 1.0
Random distribution
m2= 1.0
纽曼分布m2= 2.5
NEYMAN distribution
m2= 2.5
随机分布m2= 1.0
Random distribution
m2= 1.0
冠型(CONE/CYLI)
Crown type (CONE/CYLI)
CONE CYLI CONE
冠高与冠宽之比
Ratio of canopy height to width
3.0 3.9 3.0
郁闭度 Canopy density 0.7 0.7 0.1
场景大小 Scene size 100 m × 100 m 50 m × 50 m 100 m × 100 m
地表覆盖类型 Land-cover type 杜鹃 Rhododendron simsii 杜香 Ledum palustre 杜鹃 Rhododendron simsii
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表1 森林样地参数实测值
正文中引用本图/表的段落
研究中采用上述3种植被冠层BRDF模型模拟森林样地的场景反射率, 并进行比较。模型的输入参数采用森林样地参数的实测值(表1)。为了避免以往大部分研究中对样地树木空间分布随机假设的缺点, 这里分别统计了落叶松纯林大样地和白桦纯林大样地每10 m × 10 m内的树木数量, 并计算其平均值与方差, 模拟空间分布。树木的空间分布包括两种: 泊松分布(公式1)与纽曼分布(公式2)。
对样地调查数据统计得, 落叶松大样地m = 5, v = 5; 白桦大样地m = 35, v = 124, 计算m1 = 14, m2 = 2.5。平均值与方差相等时, 即m = v时, 为泊松分布, m2 > 1时, 为纽曼分布, 所以根据公式(1)、 (2)得到样地林木的空间分布图( 图1)。从图1中可以看出: 落叶松纯林大样地树木的空间分布符合泊松分布, 与以往人们的随机假设相同; 而白桦纯林大样地树木的空间分布符合参数为2.5的纽曼分布, 即林木之间是聚集生长的。可见, 在以往的BRDF模型中人们均假设树木空间分布的随机性是有局限性的。为了判定上述3种模型对稀疏林木和浓密林木的各自适用性, 又设定了一个郁闭度为0.1的稀疏落叶松纯林大样地, 其参数见表1。
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