土壤二向反射特性研究與標準光譜庫的應用.pdf

1、自然狀態(tài)下，凹凸起伏的地表高度變化會造成高光譜圖像的像元尺度傾角不一，而二向反射研究能夠將圖像上的像元訂正到相同的觀測角度，從而提高定量反演的精度。同時，土壤作為植被的下墊面，研究土壤二向反射特性能夠為研究植被冠層光譜提供背景參考;土壤反射率的方向性分布還潛在攜帶有土壤濕度、有機質含量、礦物含量等屬性信息。因此，土壤的二向反射特性研究對土壤和植被定量遙感有著重要的理論意義和研究價值。目前，可見光-近紅外光譜分析技術已成功應用于土壤關鍵屬

2、性預測，局部區(qū)域的土壤關鍵屬性高光譜反演模型已經非常成熟;但由于各區(qū)域氣候條件、成土母質的差異，局部模型難以適用于其他區(qū)域的土壤樣本。隨著大尺度土壤標準光譜庫的出現，充分利用和挖掘大樣本土壤光譜庫中的有效信息，建立基于土壤光譜庫的土壤關鍵屬性高光譜預測模型，為解決以上問題提供了可能。
　　本研究采集了三種典型土壤的二向反射率數據，分析了他們的二向反射特性和差異;進一步利用Hapke反演了平均單次散射反照率、粗糙度等土壤參數，分析了

3、各參數與土粒組成的關系，在此基礎上模擬了二向反射率分布。另外，本文針對全球土壤標準光譜庫，采用模糊C均值聚類結合偏最小二乘回歸的方法，提取了與研究區(qū)供試樣本相似的光譜子樣本集，進一步利用子樣本集建立了土壤關鍵屬性高光譜預測模型，并進行了模型不確定性分析。
　　上述研究得出結論如下:
　　1.三種典型土壤的二向反射率隨觀測角度的變化規(guī)律一致，反射率均隨著觀測天頂角的增加而增大，在前向散射方向達到最小，后向散射方向達到最大。原因

4、是隨觀測角度的變化，土壤顆粒之間形成的陰影所占的比例會發(fā)生變化，導致探測器接收的光照組分有差異。
　　2.Hapke模型各個參數對初始值的敏感性有差異。土粒組成相似的土壤單次散射反照率曲線形狀相似。隨著土壤粗顆粒（0.9mm以上）含量的增加，粗糙度參數增大，平均單次散射反照率反而減小。另外，Hapke模型能夠很好地進行土壤二向反射率的模擬，但三種典型土壤之間的模擬精度有差別。
　　3.通過模糊C均值聚類與偏最小二乘回歸(PL