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1、200706北京师范大学学报(自然科学版)43(3)JournalofBeijingNormalUniversity(NaturalScience)3433遥感估算植被覆盖度的角度效应分析1,2)1)1)1)3)郭占军阎广建冯雪王远征张霄羽(1)北京师范大学地理学与遥感科学学院遥感与GIS中心,遥感科学国家重点实验室,环境遥感与数字城市北京市重点实验室,100875,北京;2)宁夏大学资源环境学院,750021,银川;3)中国科学院地理科学与资源研究所,100101,北京)摘要植被覆盖度是植被在地面的垂直投影面积占统计区总面积的百分
2、比.由于植被反射的二向性特性,不同角度估算的植被覆盖度原则上不可比,另外,不同观测角度对应像元不同的采样面积,对于非均一地表这种面积差异引起的角度效应也非常显著.本文除了考虑植被的二向性反射,还重点模拟分析了由于像元的采样面积差异引起的角度效应及其带来的植被覆盖度估算误差.模拟结果表明:相比天顶观测,在倾斜40°观测时,对于作物和裸土混合,由于面积误差带来的红光波段反射率差异已高达56%,同时引起的植被覆盖度估算误差达到23%,因此研究植被覆盖度的角度效应问题很有必要.关键词植被覆盖度;角度效应;二向性反射分布函数(BRDF);模拟
3、植被覆盖度是描述生态系统的基本参数,同时是光学模型、辐射传输模型、混合模型、计算机模拟模型)数字天气预报、区域和全球气候模型以及全球变化监和经验模型.不同的模型适用于不同的地物类型.黄健[122][5]测必需的参数之一.获取地表植被覆盖及其变化信熙等使用MonteCarlo方法模拟了作物冠层的辐射息,对于揭示地表空间变化规律,探讨变化的驱动因传输,结果表明,蒙特卡罗模型与实测二向性反射率分[3]布函数(BRDF)较为吻合,蒙特卡罗模型可以作为其子,分析评价区域生态环境都具有重要现实意义.目前被广泛接受的植被覆盖度定义为:植被(包括他
4、作物冠层BRDF前向模拟的有效验证工具.叶、茎、枝)在地面的垂直投影面积占统计区总面积的面积误差问题目前鲜有文献提及.事实上,对于固百分比[4].该定义中很重要的一点是用于计算植被覆定瞬时视场角(IFOV)的传感器来说,不同观测角度对盖度的数据应保证观测与地表垂直.通常情况下,获得应像元不同的采样面积,对于均一地表,这种面积差异植被覆盖度的方法主要有地表实测和遥感监测2类.引起的误差可以忽略,但是对于非均一地表,即使不考虑地物的二向性反射,这种面积差异也必然导致地表地表实测费时费力,而且植被覆盖度具有典型的时空反射率的差异.因此,利
5、用不同角度的观测估算的植被分异特性,利用遥感手段获取植被覆盖度显示出了强覆盖度必然存在差异.大的优势,因此已成为目前的主要手段.对于现有的遥在本文中,通过模拟考虑了植被冠层的二向性反感手段而言,要保证对整幅图像中每一个像元(尤其在射特性和由于像元的采样面积差异引起的角度效应及大幅面影像边缘)均垂直观测是几乎不可能的.而且现其引起的植被覆盖度估算误差.最后使用MODIS地有的遥感植被覆盖度产品通常是基于一周甚至一月的表反射率产品统计比较分析了均一像元和非均一像元观测数据计算合成得到,往往利用宽视场的遥感数据.的面积误差的表现以及引起的
6、植被覆盖度估算误差.因此,在使用遥感反演植被覆盖度时,就必须考虑观测角度效应问题.引起角度效应的因素除了植被的二向1作物冠层二向性反射对估算植被覆性反射特性之外,不同观测角度对应像元不同的采样盖度的影响面积,对于非均一地表这种面积引起的角度效应也非常显著,而面积误差在现有的植被覆盖度产品中很少随着遥感技术应用的日益广泛,多角度传感器已被考虑.非常普遍,多角度观测数据的优点是为反演地表生物对于地物的二向性反射问题,很多学者都曾深入物理参数提供了更多约束条件,但是由于地表的二向研究过,发展了许多描述地物二向性反射和目标特征性反射特性,要
7、定量地比较不同时间、不同观测角度获参数之间关系的模型,大致可分为物理模型(包括几何取的数据很困难,因此要有效利用多角度观测数据,必3国家自然科学基金资助项目(40471095);新世纪优秀人才支持计划资助项目收稿日期:2007202217344北京师范大学学报(自然科学版)第43卷[6]须正确理解与描述角度效应.在通常情况下,自然界产植被覆盖度产品,如MODIS的全球植被覆盖度产中绝大多数物体都具有各向异性.地物的反射不仅具品.该产品是在集合多天(32d)、多种MODIS产品的[14215]有方向性,而且依赖于入射方向,为了描述地物
8、的这基础上计算合成得到的.其合成的基本思想是选[7]种特性,Nicodemus提出了BRDF(bidirectional取受大气气溶胶影响最小的观测,通常采用的方法是reflectancedistributionfunction)的概
