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(dān)負(fù)著整個(gè)森林生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)能量的傳輸、太陽(yáng)輻射的傳遞以及維護(hù)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(guó)亞熱帶地區(qū)（如浙江、安徽、江西、福建等?。┑囊环N特殊森林類(lèi)型，具有團(tuán)簇狀的冠層結(jié)構(gòu)，其冠層紋理明顯有別于其他森林類(lèi)型。傳統(tǒng)的冠層參數(shù)的研究大多基于統(tǒng)計(jì)模型，更多的是注重模型的精度，而忽視了毛竹對(duì)太陽(yáng)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(jī)理模型的角度對(duì)毛竹林冠層參數(shù)定量反演成為研究熱點(diǎn)。
　　 本研究采用PROSAIL輻射傳輸模型，在Landsat5 TM衛(wèi)星遙感影像結(jié)合地面樣地調(diào)查數(shù)據(jù)的支撐下，進(jìn)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(jī)理解釋毛竹林固碳過(guò)程奠定基礎(chǔ)。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)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(yù)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(yù)處理的基礎(chǔ)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(jié)合實(shí)測(cè)樣地?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)取值，分析PROSAIL模型輸入?yún)?shù)的敏感性，在此基礎(chǔ)上將葉片反射率轉(zhuǎn)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(yīng)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)反演結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
　　 本研究主要得到以下幾個(gè)結(jié)論：①用最大似然分類(lèi)法提取毛竹林遙感信息，分類(lèi)

5、總精度為89.06％，總Kappa系數(shù)為0.8587，毛竹林用戶(hù)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(shí)測(cè)的葉片反射率有一個(gè)較好的匹配，二者相關(guān)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L(zhǎng)AI＞LCC＞N＞ALA＞Cw＞Cm，并確定LAI、LCC兩個(gè)主要敏感因子用于毛竹林LAI-冠層反射率LUT構(gòu)建，而對(duì)應(yīng)于Landsat

6、 TM影像的3，4，5波段對(duì)LAI比較敏感，因此選擇這3個(gè)波段參與LAI反演；④基于PROSAIL毛竹林LAI遙感反演結(jié)果與實(shí)測(cè)LAI具有很好一致性，二者相關(guān)指數(shù)R2為0.895，均方根誤差RMSE和相關(guān)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(shí)際值的問(wèn)題；⑤葉綠素含量變化對(duì)冠層反射率的影響大小與葉面積指數(shù)有關(guān)，葉面積指數(shù)越大，葉綠素對(duì)冠層反射率的影響越大，葉綠素對(duì)冠層影響最大的波段分別為7