基于3-D模拟的典型植被热辐射方向性研究

【摘要】：地表温度是一种与人类生活密切相关的环境参数,用遥感方法研究地表温度分布及变化有着重要的意义。然而陆地表面的热辐射并非各向同性的,因此,要想从遥感数据中获取较准确的地物温度信息,就必须弄清楚热辐射方向性分布机理。 研究地表反射及辐射方向性的模型主要有辐射传输模型、几何光学模型、辐射传输—几何光学混合模型以及计算机模拟模型等。本文采用计算机真实结构模拟模型,首先建立起典型植被场景的3D真实模拟程序,对以前的真实结构模拟的改进主要是,本模型在真实结构模拟中首次引入了对粗糙下垫面的考虑,然后移植和修改了RGM程序,用它计算场景的反射方向性,并把真实结构的计算机模拟模型扩展到热红外辐射方向性的研究。利用该模型我们可以很方便地研究不同粗糙度土壤—不同植被结构参数植被组合的反射和热辐射方向性分布特性。 理论分析标明,影响热辐射方向性的因素主要包括材料发射率的方向性、组分温度分布、结构造成的多次散射效应以及不同方向观测时观测到的各组分所占比例的差别等。由于对热红外而言,土壤—植被体系中,叶片和土壤发射率均较高,且方向性不是特别显著,本文在模型中对其他3方面的影像,进行了模拟和分析。 由于真实结构模拟模型中对于多次散射和组分比例变化的考虑有先天优势,因此本文着重考虑了组分温度的确定方法,采用四分量法和Cupid模型两种方法来确定模型中组分温度,并进行了相互比较。 本文首先进行了野外实测数据与模拟结果的对比:然后模拟了几种不同粗糙度的土壤下垫面与不同植被覆盖度作物的组合场景。模拟结果显示,无论在可见光还是热红外波段,地表粗糙度对场景的影响都存在,在地表覆盖度较低时粗糙度带来的场景辐射变化甚至高达50%:并且粗糙度对场景辐射的影响表现出一定的规律性。