基于能量平衡原理的FPAR遥感反演研究

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光合有效辐射吸收比率(FPAR: Fraction of Absorbed Photosynthetically Active Radiation)是描述植被结构以及冠层-大气物质与能量交换过程的基本生理变量。并且作为全球气候观测系统(GCOS)以及陆地生态系统观测系统(GTOS)反映全球气候变化的关键气候参量之一。不仅是光能利用率模型、作物产量估算模型的重要输入参数之一,同时也是开展植被物候变化,作物生长监测,植被干旱预警以及土地覆盖变化的重要指示因子。因此,基于遥感的FPAR方法研究对于全球变化研究有着重要的意义。  本文基于能量平衡原理,结合非线性混合像元模型提出了简化的FPAR反演模型FPEB。并用多地面实验数据对模型进行检验,分析模型的可行性与可靠性。将模型应用于遥感影像FPAR反演并与FPAR-NDVI统计模型反演的FPAR结果进行比较分析,同时也针对模型存在的问题,作了模型主要输入参数的敏感性分析。主要研究内容包括以下3个方面:  1、从能量守恒原理出发,结合非线性混合像元模型,分析了太阳入射能量中的植被冠层反射、土壤吸收分量的光谱反演方法,建立了简化的FPAR遥感反演模型(FPEB)。分别用2011年、2013年西藏自冶区那曲实验数据、2011年西藏自冶区当雄实验数据和2013年内蒙古自冶区海拉尔的实验数据,对论文建立的FPAR遥感反演模型进行了验证,并将FPEB模型反演结果与传统的植被指数统计模型反演结果进行了对比分析,结果表明论文中提出的FPEB模型的FPAR反演精度优于NDVI统计模型的反演精度,且与其它基于能量平衡原理提出的反演FPAR模型相比具有输入参数少,模型简单的优势,在空间区域和时间上具有很好的普适性。  2、开展了羌塘高原航空遥感试验与黑河流域生态-水文过程综合遥感观测联合试验(HIWATER)的遥感影像的FPEB模型FPAR反演实验,并将反演结果与用羌塘高原航空遥感试验地面数据(包括地面光谱数据与地面FPAR数据)建立的FPAR-NDVI统计模型反演的结果进行比较分析。实验结果表明 FPEB模型反演FPAR的结果与FPAR-NDVI模型反演的结果具有很好的一致性而反演精度好于FPAR-NDVI统计模型反演的精度。  3、针对FPEB模型输入参数的不确定要素,选择了三个主要输入参数:植被覆盖度,太阳天顶角,植被冠层透过率,开展了模型的输入参数敏感性分析。结果表明,植被覆盖度对FPEB模型具有很大的敏感性;其次是太阳天顶角,随着太阳天顶角的升高其对FPEB模型的敏感性降低,当植被覆盖度达到60%时后,敏感性趋于饱和;植被冠层透过率具有较小的敏感性,变化趋势与太阳天顶角的敏感性趋势相同。
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