基于MODIS反演的2000-2011年江西省植被叶面积指数时空变化特征

叶面积指数(LAI)是陆地植被的重要结构参数之一,是陆地生态系统生产力模型和气候、水文、生物地球化学等模型的关键输入参数。笔者基于MODIS-MOD09A1反射率数据,利用4-尺度几何光学模型反演了2000—2011年江西省植被LAI。结果表明:(1)江西省植被LAI呈现出明显的季节变化,1年中1—2月LAI值较低(最低为1月,平均值为0.85),3—4月随着植被生长,LAI值逐渐增大,到6—8月,LAI达到最大值,最大值为7月的4.8,约为最小月份平均值的5.6倍,9月以后,LAI值逐渐减少;(2)2000—2007年江西全省生长季LAI呈增加趋势,2008—2011年LAI平均值呈下降趋势,2000—2011年全省生长季LAI平均值呈下降趋势,平均下降0.048;(3)江西省不同植被类型的LAI值差异较大,2000—2011年间,各植被类型LAI平均值从大到小顺序为:常绿针叶林(5.67)、常绿阔叶林(4.57)、混交林(4.01)、落叶阔叶林(3.17)、农作物/自然植被混合(2.08)、高郁闭度灌木(1.92)、农作物(1.85)。2000—2011年江西全省植被LAI的平均值为3.60。

拉盖尔-高斯光束与高斯光束捕获力比较

根据高斯光束和拉盖尔-高斯光束两种光源的截面光强表达式,模拟出各自的光强分布.利用几何光学模型分别计算了高斯光束和拉盖尔-高斯光束在不同捕获目标尺寸和折射率、显微镜物镜的数值孔径以及样品池界面处到捕获目标的距离时的捕获效率,对高斯光束和以拉盖尔-高斯光束为代表的空心光束的捕获能力进行了比较.结果表明,拉盖尔-高斯光束相对于高斯光束其捕获能力具有很大的优势,拉盖尔-高斯光束的最大反向捕获效率高于高斯光束的最大反向捕获效率,在光镊稳定平衡点附近的刚度大于高斯光束的刚度.拉盖尔-高斯光束由于其特殊的光强分布,当物镜的数值孔径足够大时球差对其影响较大.

基于MISR数据大兴安岭地区叶面积指数反演及尺度转换验证研究

叶面积指数(LAI)是气候研究和生态研究中重要的植被冠层结构参数,遥感技术为快速获取大面积叶面积指数提供了有效途径。大兴安岭地区是我国重要的生态功能区,本文以大兴安岭为研究区域,根据森林林分特征,采用基于物理过程的4-Scale几何光学模型,利用多角度MISR遥感数据反演该区域叶面积指数数据。几何光学模型特点在于参数具有物理意义,考虑地面反射的热点效应,模型反演过程不依赖于样本数据适用于大区域反演研究,MISR数据提供同一区域多角度遥感数据,有效解决了单一观测角度植被指数和叶面积指数函数关系饱和点低的问题。由于地面验证数据空间尺度无法满足MISR数据的空间分辨率,本文采用TM数据对样地实测叶面积指数数据进行尺度转换,针对不用坡向叶面积指数空间异质性进行分析,讨论不同空间分辨率验证数据的合理性,研究表明大兴安岭区域使用600 m空间分辨率验证数据对MISR数据反演结果检验最优,该分辨率下叶面积指数变化随空间尺度变化趋于稳定,并较好地避免了2种遥感数据几何配准带来的误差。结果表明:4-Scale几何光学模型适用于我国大兴安岭地区森林叶面积指数反演,实验中MISR数据反演叶面积指数的平均绝对误差为25.6%、均方根误差为0.622。本研究为大兴安岭地区叶面积指数大区域快速定量反演提供了研究基础。

光检测器参数对相位-多普勒粒子分析系统特性的影响

应用几何光学近似理论模型计算了激光相位多普勒系统中微粒的光散射特性 .得到了散射光强与粒径关系、检测器表面的散射光强分布。

基于四尺度几何光学模型的森林地上生物量遥感估算

森林地上生物量(AGB)是评价森林生态系统功能的重要参数,遥感是获取区域尺度AGB的有效手段。以内蒙古根河市为研究区,利用TM遥感影像数据和33个森林样地调查数据,基于四尺度几何光学模型的森林AGB遥感估算方法,首先,基于样地观测数据建立树冠面积(SA)估算AGB的方程;再利用四尺度几何光学模型建立由冠层反射率反演SA的查找表,由TM影像反演SA,进而估算AGB。在全部33个样地,估算的AGB与观测数据的一致性(RMSE=20.8t·hm-2,R2=0.45)明显优于基于差值植被指数(DVI)(RMSE=27.7t·hm-2,R2=0.09)和混合像元分解(SMA)(RMSE=27.6t·hm-2,R2=0.02)方法建立的统计模型的估算结果。利用19个针叶林样地的观测数据验证表明,估算的AGB的RMSE和R2分别为20.8t·hm-2和0.53,利用DVI估算的AGB的RMSE和R2分别为31.5t·hm-2和0.18,利用SMA方法估算的AGB的RMSE和R2分别为31.8t·hm-2和0.14;对于14个阔叶林样地,估算的AGB的RMSE和R2分别为20.9t·hm-2和0.47,利用DVI估算的AGB的RMSE和R2分别为21.4t·hm-2和0.01,利用SMA方法估算的AGB的RMSE和R2分别为20.6t·hm-2和0.11。结果表明:通过反演与AGB紧密联系的SA,进行AGB的遥感估算是一种有效可行的技术方法。

结合光照信息的多尺度K-均值植被几何光学四分量提取算法

遥感几何光学模型利用传感器视场内植被、土壤组分随着光照与观测几何的变化模拟冠层多角度反射率。在近地遥感中,向下观测相机图像中的光照土壤、阴影土壤、光照植被和阴影植被这4种像元类型(称为植被几何光学四分量,简称四分量)是几何光学模型的重要输入参数。本文基于低成本成像传感器的RGB图像,提出一种结合光照信息和多尺度图像分层模型的K-均值四分量提取算法(MSI-Kmeans),首先通过综合利用颜色指数构成聚类空间,之后利用图像的光照分量和阴影分量子图分别构建多尺度图像分层模型,再在多尺度图像分层模型中进行K-均值聚类得到植被分量和土壤分量结果,最后将得到的四分量结果组合输出,从而实现植被几何光学四分量提取。对不同自然光照条件下获取的52幅多种植被冠层图像进行实验,结果表明:(1)在与多种常见算法的精度比较中,本文方法在四分量的分类中制图精度与用户精度均表现良好,综合评价Kappa系数最高(0.82);(2) MSI-Kmeans算法在不同冠层覆盖度和太阳高度角连续变化的条件下均可得到良好稳定的分类效果,具有应用于长期植被监测和单日内连续监测植被四分量变化的潜力。本算法的优势在于提高了阴影分量的分类精度和解决了高植被覆盖度下四分量的提取问题,后续的改进方向在于减小计算代价,提高算法在复杂场景下的适用性。本文研究成果对于利用数字相机进行植被几何光学四分量的提取和植被结构参数的估计具有较为重要的理论与应用价值。

定量遥感的发展与创新

对遥感科学面临的问题、定量遥感研究的意义作了总结,讨论了定量遥感的几个重要的基础研究问题.特别强调了中国遥感学者在定量遥感方面的学术思想和研究进展,就几何光学模型、尺度变换、尺度效应和尺度纠正、病态反演作了研究、回顾与展望.指出定量遥感的四个研究方向:第一,在像元尺度上对基本物理定律进行检验及修正,开展尺度转换研究,提高定量遥感精度.第二,开展遥感与非遥感信息数据融合的模拟试验,探索地表时空多变要素的尺度转换规律.第三,进行多角度、多时相、多光谱相结合的混合像元分解和亚像元信息提取;运用多阶段的反演策略,提高反演的精度.第四,基础研究和应用示范相结合,估算高难度的地表时空多变要素,推动相关学科的发展.最后,作者回顾了自己从事遥感科学研究经历中的‘阵痛’与艰辛,坚信国家需要自主创新;对于真正的原始创新,客观公正的评价迟早是会到来的.

森林冠层光谱与林下背景光谱尺度差异分析

林下植被作为森林生态系统的重要组成部分,在维护森林生态系统植物多样性和稳定性方面发挥着巨大作用。当前冠层光谱与林下背景光谱间的尺度差异尚不明确,限制了单角度光学遥感技术在林下植被研究中的应用。借助几何光学模型4-scale分析了森林背景光谱与冠层光谱的相关关系。结果表明,森林背景光谱与冠层光谱之间的尺度差异因森林结构的不同而变化,植被指数运算并不能消除尺度差异。冠层和背景光谱之间的尺度差异可以通过线性函数描述,这种线性关系随波长和森林结构的不同而不同,而模型参数与叶面积指数高度相关,在680 nm和865 nm处的决定系数分别为0.881、0.834 3、0.890 6和0.880 3。相关研究能为削弱或消除冠层光谱与林下背景光谱间的尺度差异提供参考。