基于PROSAIL輻射傳輸模型的毛竹林冠層參數(shù)遙感定量反演.pdf

1、森林冠層擔負著整個森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)能量的傳輸、太陽輻射的傳遞以及維護環(huán)境因子、生理參數(shù)等在空間上的分布狀態(tài)而具有重要的功能。毛竹林(Phyllostachysheterocycla var.pubescens)是我國亞熱帶地區(qū)（如浙江、安徽、江西、福建等?。┑囊环N特殊森林類型，具有團簇狀的冠層結構，其冠層紋理明顯有別于其他森林類型。傳統(tǒng)的冠層參數(shù)的研究大多基于統(tǒng)計模型，更多的是注重模型的精度，而忽視了毛竹對太陽輻射的吸收，二向反射、透射

2、及其輻射在毛竹林冠層的傳遞。因此，從機理模型的角度對毛竹林冠層參數(shù)定量反演成為研究熱點。
　　 本研究采用PROSAIL輻射傳輸模型，在Landsat5 TM衛(wèi)星遙感影像結合地面樣地調(diào)查數(shù)據(jù)的支撐下，進行毛竹林冠層葉面積指數(shù)（Leaf area index，LAI）及葉綠素含量(Canopy chlorophyll content，CCC)反演研究，為從遙感機理解釋毛竹林固碳過程奠定基礎。主要內(nèi)容包括以下幾個方面：⑴數(shù)據(jù)獲取與處

3、理。包括遙感數(shù)據(jù)大氣、地形校正等預處理和毛竹林調(diào)查數(shù)據(jù)如反射光譜、冠層圖像分析處理等；⑵研究區(qū)毛竹林遙感信息提取。在遙感影像預處理的基礎上，采用最大似然法提取毛竹林遙感信息；⑶冠層反射率模擬。將葉片反射率結合實測樣地數(shù)據(jù)轉化成冠層反射率；⑷PROSAIL模型輸入?yún)?shù)敏感性分析及冠層反射率模型。結合實測數(shù)據(jù)和文獻取值，分析PROSAIL模型輸入?yún)?shù)的敏感性，在此基礎上將葉片反射率轉換為冠層反射率；⑸查找表（Lookup-table，LUT

4、）的建立。根據(jù)模型輸入?yún)?shù)不同取值，得到各種情況下的冠層反射率，并建立葉片葉綠素含量（leaf chlorophyll content，LCC）-LAI-冠層反射率的LUT；⑹LAI和CCC的反演。影像像元反射率與LUT匹配查找，得到相應葉片葉綠素含量LCC和冠層葉面積指數(shù)LAI，并將葉片尺度葉綠素含量LCC推至冠層。最后用實測數(shù)據(jù)對反演結果進行驗證。
　　 本研究主要得到以下幾個結論：①用最大似然分類法提取毛竹林遙感信息，分類

5、總精度為89.06％，總Kappa系數(shù)為0.8587，毛竹林用戶精度為93.33％，生產(chǎn)精度為83.33％；②PROSPECT模型反演的毛竹葉片反射率與實測的葉片反射率有一個較好的匹配，二者相關系數(shù)R2為0.9716，均方根誤差RMSE為0.027；③PROSAIL模型各輸入?yún)?shù)的敏感性由高到低依次為LAI＞LCC＞N＞ALA＞Cw＞Cm，并確定LAI、LCC兩個主要敏感因子用于毛竹林LAI-冠層反射率LUT構建，而對應于Landsat

6、 TM影像的3，4，5波段對LAI比較敏感，因此選擇這3個波段參與LAI反演；④基于PROSAIL毛竹林LAI遙感反演結果與實測LAI具有很好一致性，二者相關指數(shù)R2為0.895，均方根誤差RMSE和相關的均方根誤差RMSEr也較小分別為0.58和12.98％，但也存在反演LAI平均值高于實際值的問題；⑤葉綠素含量變化對冠層反射率的影響大小與葉面積指數(shù)有關，葉面積指數(shù)越大，葉綠素對冠層反射率的影響越大，葉綠素對冠層影響最大的波段分別為7