行播作物辐射一体化模型的改进扩展和反演研究

本项目在现有的研究基础上，研究行播作物一体化辐射传输建模和协同反演中的关键科学问题。项目将发展和完善已建立的行播作物辐射一体化解析模型，使之能够更准确地描述行播作物从出苗到封垄这段主要生长期内的冠层可见光、近红外和热红外波段辐射传输特性；基于改进扩展后的行播作物辐射一体化模型，进行模型参数敏感性分析，筛选最佳波段（及角度）组合，研究先验知识支持下的综合利用冠层可见光、近红外和热红外波段辐射信息进行结构参数和组分温度混合反演的方法。本项目的研究将有助于遥感技术在典型行播作物出苗之后关键生长期农情监测中的应用，为遥感技术精准农业应用提供新的理论和方法支持，具有重要的科学意义和应用价值。

农作物垄行播种是世界范围内被广泛采用的一种种植模式，并推广到果园、苗圃等经济类作物。本研究以典型行播作物为目标，研究其可见光、近红外及热红外波段辐射特性，寻找不同波段间辐射传输的内在联系，实现了行播作物可见光、近红外及热红外波段冠层辐射的一体化建模。在该一体化模型的基础上，进行冠层结构和组分温度的反演工作，完成了预期项目研究内容，取得的主要成果如下：.将可见光、近红外及热红外波段行播作物辐射建模有机地统一于相同的辐射原理框架下，这是总结已有的几个典型植被一体化辐射模型的原理，并根据本文研究和应用的需要而实现的，即：可见光、近红外及热红外波段辐射一体化模型建立的基础和联系不同波段间辐射特性的桥梁是基于能量守恒的辐射传输方程；本研究以四流近似辐射传输理论为基础，进行了行结构参数的扩展，建立了行作物全波段辐射传输－几何光学一体化模型。.基于行播作物可见光、近红外及热红外波段辐射一体化模型，本研究发现了行播作物辐射特性：行效应分布。由于行作物垄行冠层和行间空地有规律地平行分布，导致行作物冠层辐射方向性空间分布出现了明显不同于均匀连续冠层的特征，这表现在：在可见、近红外波段，半球－方向反射率分布极化图上出现近似平行垄行方向的高值（或低值，取决于行结构，叶倾角分布，叶片反射、透过率等因素）条带区，该区中心位于热点方向；在TIR波段也表现为方向亮温分布极化图上沿近似平行垄行方向分布着条带区，受冠层结构，组分温度分布的影响，条带区的中心或位于热点方向，或位于天顶方向。.通过实验数据对一体化行作物模型的验证表明，该一体化模型能大体上反映测量得到的行作物方向性辐射特性。通过模拟的一系列代表行作物典型生长期的冠层场景，系统比较了采用辐射度方法的计算机模拟模型RGM和行结构模型在红光、近红外和热红外三个典型波段辐射特性模拟结果，两个模型给出了非常一致的全波段辐射方向性分布，证实了上述行效应的存在。.开展了行作物辐射模型的参数敏感性分析和反演研究，采用拟牛顿法对行播作物一体化模型进行了主要结构参数和组分亮温的反演，结果表明在先验信息的辅助下，能够对模型主要结构和组分温度参数进行反演。