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植被参数是生态遥感定量反演的热点和难点,也是生态系统研究的基础性参数。本文在广泛阅读国内外公开发表的文献资料基础上,将现有的植被生态遥感参数概括为物理类、生化组分类、能量和功能类3大类,系统梳理了每类参数定量反演的主要模型方法,进行优缺点和适用性分析,对现阶段存在的不足和未来发展趋势进行了探讨。物理类植被生态遥感参数主要介绍了植被覆盖度、生物量、叶面积指数、树高等研究进展,生化组分类植被生态遥感参数主要介绍了植被含水量、叶绿素含量和光合能力等研究进展,能量类植被生态遥感参数介绍了光合有效辐射、植被吸收光合有效辐射等研究进展,功能类植被生态遥感参数主要介绍了植被生产力和碳交换量等研究进展。存在的主要问题包括混合像元分解、病态反演、物理模型应用过程中的误差传递、数据融合的尺度效应和空间变异性、模型耦合的最优方案确定问题。 相似文献
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中国植被净第一性生产力遥感动态监测 总被引：59，自引：2，他引：59
植被净第一性生产力 (NPP)研究方法很多 ,运用NOAAAVHRR的可见光、近红外和热红外波段来提取和反演地面参数 ,进而准确估算陆地植被净第一性生产力 ,是一种全新的研究手段。利用遥感数据进行生物量和净第一性生产力的估算 ,主要是采用光能利用率模型 ,即通过NPP与植物吸收的光合有效辐射 (A PAR)和植被将所吸收的光合有效辐射转化为有机物的转化率 (ε)的关系来实现的。用数学公式可表达为 :NPP =(FPAR×PAR)× [ε ×σT×σE×σS× (1-Ym)× (1-Yg) ]在遥感和地理信息系统技术的支持下 ,以 1990年每旬的 8km分辨率的NOAAAVHRR 1— 5通道的影像为数据源 ,对中国每旬的陆地植被净第一性生产力进行估算 ,然后累加得出全年的NPP值。估算结果 :1990年我国陆地植被NPP总量为 6 13× 10 9t/a ,NPP最高值为 1812 9gC/m2 。就计算结果 ,对中国大陆植被NPP的分布规律进行了分析。遥感模型能够以面代点 ,比较真实地反映陆地植被NPP的时空分布状况 ,与我国植被分布的地理规律性相符 ,这是其它统计模型所无法比拟的 相似文献
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植被光合有效辐射吸收比例FPAR (Fraction of absorbed Photosynthetically Active Radiation)是碳循环光能利用率模型中的关键参数之一。高分系列卫星的发射，为反演定量遥感产品提供了高时空分辨率的卫星遥感数据，基于高分数据的植被光合有效辐射吸收比例产品能够为生态系统碳循环的分析评估提供更加精细、精度更高的输入参数产品。本文发展了一种基于深度学习的光合有效辐射吸收比例反演方法。该方法利用SAIL(Scattering by Arbitrarily Inclined Leaves)模型模拟多种太阳入射角度、观测角度、大气条件下的植被冠层光合有效辐射吸收比例及冠层反射率，形成海量输入—输出模拟数据集，具有鲁棒性及更好的普适性；基于深度信念网络对数据集进行训练，得到高分一号（GF-1）卫星光合有效辐射吸收比例遥感反演模型。利用中国科学院怀来遥感综合试验站及黑河流域地表过程综合观测网FPAR地面站点连续观测数据对玉米作物、芦苇草地等下垫面反演的FPAR进行了对比验证，RMSE分别为0.15和0.17。本方法以辐射传输模型模拟的多维大气及地表输入... 相似文献
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植被光合有效辐射吸收比率FPAR（Fraction of absorbed Photosynthetically Active Radiation）反映了植被冠层的光学特性，是表征植被光合作用水平和生长状态的重要参量，因此成为全球变化研究中多种过程模型的重要输入参数。随着定量遥感研究的深入和新型传感器的使用，从区域到全球尺度上的FPAR遥感估算方法不断提出，多样化的遥感FPAR产品越来越多地应用于碳循环、能量循环、生产力估算及作物估产等研究领域。本文梳理了遥感估算的植被光合有效辐射的相关概念和算法，并着重对过去十年间遥感估算FPAR的新进展进行了系统总结和探讨。研究表明，近年来FPAR遥感的研究工作一方面聚焦于对现有算法的改进与各类型产品的验证，更多的研究则侧重于FPAR概念体系的拓展，叶片、叶绿素水平的FPAR估算，直射光、散射光的FPAR建模等新方向逐渐成为研究热点。 相似文献
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光合有效辐射是植被生产力模型的重要输入参数，也是陆地生态系统模型及生物地化模型等的重要特征参量。目前的全球或区域尺度光合有效辐射产品在起伏地表情形的精度及可用性尚存在不足，高分系列卫星的发射，为高空间分辨率光合有效辐射遥感产品反演提供了可能。本文结合高分一号卫星(GF-1)反演的地表反照率产品，气溶胶光学厚度产品，日本新一代静止卫星Himawari-8及国产风云四号卫星(FY-4)的云光学厚度产品及美国的SNPP卫星反演的气溶胶光学厚度产品(用于填补GF气溶胶产品的空值区)，发展了一种基于参数化模型的光合有效辐射遥感反演方法。晴空条件下，主要考虑气溶胶和瑞利散射对光合有效辐射的衰减；云天情形，则主要考虑云光学厚度参数对入射辐射的影响，以球形粒子的Mie散射理论和平面平行大气辐射传输原理计算总透过率；针对起伏地表，分别计算地形对坡面入射角度的影响、对直接辐射的遮蔽以及对散射辐射的增强/衰减效应，从而得到高分卫星光合有效辐射遥感反演模型及产品。利用河北怀来试验站、西南大学柑研所及黑河流域地表过程综合观测网的连续观测数据对光合有效辐射产品进行了对比验证，其相关系数为0.87，平均偏差为1.5... 相似文献
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植被覆盖度遥感估算方法研究进展 总被引：39，自引：0，他引：39
植被覆盖度是重要的生态环境参数之一,遥感影像能够反映不同空间尺度的植被覆盖信息及其变化趋势,故遥感监测是获取区域植被覆盖度参数的一个重要手段.植被指数是反映地表植被覆盖、生物量等的间接指标,基于植被指数的植被覆盖度遥感估算方法有经验模型法、植被指数法、像元分解模型法及FCD模型制图法(Forest Canopy Density Mapping Model)等,基于决策树分类法和人工神经网络分类法的植被覆盖度遥感估算方法也有了一定的进展.本文综合分析讨论了目前常用的于遥感影像的植被覆盖度常用估算方法,对比分析了它们的优缺点,并对遥感植被覆盖度研究进行了展望. 相似文献
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2019年中国陆表定量遥感发展综述 总被引：1，自引：4，他引：1
梁顺林 白瑞 陈晓娜 程洁 范闻捷 何涛 贾坤 江波 蒋玲梅 焦子锑 刘元波 倪文俭 邱凤 宋柳霖 孙林 唐伯惠 闻建光 吴桂平 谢东辉 姚云军 袁文平 张永光 张玉珍 张云腾 张晓通 赵天杰 赵祥 《遥感学报》2020,24(6):618-671
为了更好地了解中国定量遥感的发展态势和加强同行之间的信息交流，根据中国学者2019年发表的SCI检索论文和部分中文论文，对陆表定量遥感的核心进展进行了总结，涉及数据预处理（云及其阴影识别，大气与地形校正）、陆表辐射传输建模、不同变量的反演方法、产品生产评价与精度验证，以及相关应用等内容。陆表变量产品较多，本文概要介绍了反射率、下行太阳辐射、反照率、地表温度、长波辐射、总净辐射、荧光遥感、植被生化参数、叶面积指数、光合有效辐射比、植被覆盖度、森林高度、森林生物量、植被生产力、土壤水分、雪水当量、雪盖、蒸散发、地表与地下水量等最新进展，也一并介绍了2019年与定量遥感相关的科研项目、学术交流会与暑假培训班等内容。 相似文献
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日光诱导叶绿素荧光(SIF)是指示植被光合作用过程的无损探针，在不同时空尺度上对植被进行SIF的观测可以反映植被的实际光合作用及生理状态。然而在观测、分析和利用SIF的过程中，仍存在很多不确定因素。SIF的发生具有较为复杂的机理，从机理出发理解SIF与植被结构的相互作用，并分析影响SIF激发的主要因素将有助于更好地理解SIF与光合作用以及生物量的内在联系。因此，植被SIF辐射传输模型在解释和利用SIF遥感信号方面具有重要的作用。植被SIF信号相对较弱，且受环境、植被和生理等多种因子的影响，需要定量化描述，这为SIF辐射传输模型的构建带来挑战。近年来，大量学者已经发展一系列SIF辐射传输模型，为SIF遥感的发展提供了坚实的理论基础。本文回顾了叶片、冠层和生态系统尺度的SIF模型，从建模机理出发，对比模型优劣势，并对未来SIF模型的发展前景进行了展望。 相似文献
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基于PROSPECT＋SAIL模型的遥感叶面积指数反演 总被引：4，自引：1，他引：4
以PROSPECT+SAIL模型为基础，从物理机理角度反演植被叶面积指数(LAI)。首先，通过FLAASH模型进行大气校正，使得图像像元值表达植被冠层反射率； 然后，根据LOPEX 93数据库和JHU光谱数据库选择植物生化参数和光谱数据，以PROSPECT模型模拟出的植物叶片反射率和透射率作为SAIL模型的输入参数，得到植被冠层反射率，将结果与遥感影像的植被冠层反射率对应，回归出植被LAI； 最后，以地面实测数据对遥感反演数据进行验证，并分析了误差的可能来源。 相似文献
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联合热红外与微波的作物辐射方向性模型研究 总被引：1，自引：0，他引：1
热红外遥感提供地表表层辐射信息为主,被动微波遥感可更好地提供植被和土壤背景垂直结构的辐射信息。结合热红外与被动微波遥感的优势协同反演植被和土壤组分温度是提高组分温度反演精度的一种思路。本文在对热红外辐射传输模型和微波辐射模型进行比较的基础上,构建均匀作物的统一场景,将统一场景的参数分为直接参数和间接参数。基于统一场景,修改微波辐射模型的场景结构及叶倾角分布,并增加组分温度参数以计算辐射亮温,最终构建热红外与微波辐射联合模拟模型(UEasmmes模型)。针对均匀玉米作物,利用UEasmmes模型进行联合模拟,分析了组分温度、组分发射率、叶面积指数LAI及叶倾角分布LAD对热红外与微波的方向性亮温DBT的敏感性响应差异。分析结果表明:协同热红外与被动微波遥感反演植被和土壤组分温度是可行的,但对于如何克服组分发射率、LAI及LAD对植被有效发射率的影响而导致的微波辐射亮温变化以及实现热红外表皮温度与微波等效温度之间的转化仍是需要深入研究和探讨的问题。 相似文献
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遥感数据产品真实性检验不确定性分析研究进展 总被引：1，自引：1，他引：1
不确定性分析是遥感产品真实性检验最重要的部分,本文以叶面积指数LAI为例,从测量、模型以及蕴含在测量和模型中的尺度效应3个方面分析产品真实性检验过程的不确定性来源,并针对问题提出减小其不确定性的办法。对于相对均一的地表,地面测量的空间代表性比较好,可不考虑地表空间代表性引起的尺度效应和蕴含在模型中的尺度效应引起的不确定性。针对异质性地表,分为两种情况:若模型是线性的,蕴含在模型中的尺度效应可以忽略,只需要考虑测量的不确定性、模型本身的不确定性、以及地面测量的空间代表性引起的尺度效应;若模型是非线性的,则测量、模型和蕴含在测量和模型中的尺度效应引起的不确定性都需要考虑。 相似文献
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森林地上生物量遥感反演方法综述 总被引：9，自引：0，他引：9
森林地上生物量反演对理解和监测生态系统及评估人类生产生活的影响有着重要作用,日益发展的遥感技术使全球及大区域的生物量估算成为可能。近年来,不同的遥感技术和反演方法被广泛用于估算森林生物量。本文首先总结了现有的全球及区域生物量产品及其不确定性,然后综述了3类方法在森林地上生物量遥感反演中的应用,即基于单源数据的参数化方法、基于多源数据的非参数化方法和基于机理模型的反演方法,阐述了各类反演方法的特点、优势及局限性。最后从机理模型研究、多源遥感数据协同、生物量季节变化研究和遥感数据源不断丰富4个方面对今后的生物量遥感反演研究进行了展望。 相似文献
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《地理信息系统科学与遥感》2013,50(4):454-470
Remote sensing techniques are capable of identifying a particular crop as well as monitoring its growing stages, crop vigor, and biomass. Due to the increasing demand for food staples, potato cultivation in Bangladesh has increased substantially over the last decade. A study was carried out in the Munshiganj area, the main potato-producing district in Bangladesh, to assess the growth of potatoes by modeling its important life metrics. Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Leaf Area Index (LAI) products were extracted from MODIS Surface Reflectance Eight-Day L3 Global 500 m data from November 25, 2005 to March 6, 2006. NDVI and LAI were extracted for 50 selected fields in the study area and used to construct potato phenological curves. Twenty-two life metrics were derived for potato from the phenological curves. The first 12 metrics are the basic life metrics of potato and the others are supplementary. Results showed a significant amplitude and distinct response period of these vegetation indices. Based on the phenological curves, the spatial distribution of potato growth was estimated for the study area for both NDVI and LAI. The effect of temperature on crop phenology was examined during the potato growing season. It was found that significant growth occurred when the temperature was relatively low. This study demonstrates that remote sensing data can be effectively used to study potato growth in Bangladesh. 相似文献
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锡林浩特草原区域MODIS LAI产品真实性检验与误差分析 总被引：2，自引：0，他引：2
本文研究了LAI产品真实性检验的指标和方法,建立了LAI产品真实性检验的流程,将遥感产品真实性检验误差分解为模型误差、数据定量化差异和尺度效应3个方面。以内蒙古锡林浩特草原为研究区,结合实测数据和Landsat TM数据建立NDVI-LAI模型,得到LAI验证参考"真值",据此"真值"按照本文的流程对MODIS LAI产品进行验证,分析了研究区MODIS LAI产品真实性检验的误差来源。研究表明,该研究区的MODIS LAI(MOD15A2)产品相对高估约25%。各个误差因素中,LAI遥感模型差异对于结果影响最大,MODIS LAI模型高估了该区域草地LAI(高估约44.2%);数据定量差异的影响也比较大,MODIS地表反射率数据与Landsat TM地表反射率数据的差异造成了约16.2%的低估;尺度效应的影响较小,造成约3.1%的低估,其中NDVI-LAI模型的尺度效应带来2.4%的低估,NDVI数据的尺度效应造成约0.7%的低估。 相似文献
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《International Journal of Digital Earth》2013,6(11):881-896
Satellite-based remote sensed phenology has been widely used to assess global climate change. However, it is constrained by uncertain linkages with photosynthesis activity. Two dynamic threshold methods were employed to retrieve spring phenology metrics from four Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) products, including fraction of Absorbed Photosynthetically Active Radiation (fAPAR), Leaf Area Index (LAI), Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), and Enhanced Vegetation Index (EVI) for three temperate deciduous broadleaf forests in North America between 2001 and 2009. These MODIS-based spring phenology metrics were subsequently linked to the photosynthetic curves (daily gross primary productivity, GPP) measured by an eddy covariance flux tower. The 20% dynamic threshold spring onset metrics from MODIS products were closer to the photosynthesis onset metrics at the date of 2% GPP increase for NDVI and fAPAR, and closer to the date of 5% and 10% increase of GPP for EVI and LAI, respectively. The 50% dynamic threshold onset metrics were closer to the photosynthesis onset metrics at the date of 10% GPP increase for NDVI, and closer to the date of 20% GPP increase for fAPAR, LAI and EVI, respectively. These results can improve our knowledge on the photosynthesis activity status of remotely sensed spring phenology metrics. 相似文献
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应用粒子群算法的遥感信息与水稻生长模型同化技术 总被引：4，自引：0，他引：4
在研究遥感信息和水稻生长模型的同化过程中, 最小化遥感反演与生长模型(RiceGrow)输出的水稻生长
信息差值绝对值时引入了一种新的优化算法-粒子群算法(PSO), 并对比了其与模拟退火算法(SA)的优缺点; 探讨
了叶面积指数(LAI)和叶片氮积累量(LNA)分别作为同化参数时的同化效果。结果表明, PSO 无论是从同化效率还是
反演精度上都要好于SA, 粒子群优化算法是一种可靠的遥感与模型同化算法; LAI 和LNA 作为外部同化参数时各
有优势, LAI 作为同化参数可获得较准确的播期及播种量, 而LNA 作为同化参数可获得更为准确的施氮量信息。但
是LAI 作为外部同化参数时的反演结果总体要优于利用LNA 作为同化参数时的反演结果。利用试验资料对该技术
进行了测试和检验, 结果显示反演的模型初始参数的平均值与真实值的相对误差(RE)均小于2.5%, 均方根误差
(RMSE)为0.7—2.2, 产量模拟值与实测值之间的相对误差为5%左右, 模拟与实测相关指标值吻合度较高, 该同化
技术具有较好的适用性。从而为生长模型从单点扩展到区域尺度应用奠定了基础。 相似文献
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由于地表空间异质性的普遍存在,遥感反演模型的非线性必然会导致不同分辨率观测的遥感结果不一致,从而产生遥感产品尺度效应。本文研究了遥感产品尺度效应概念、模拟方法和定量计算模型,并利用锡林浩特草原研究区的实测数据,对尺度效应模型和方法进行了定量计算与验证分析。首先,基于不同升尺度方法与多尺度遥感成像机理之间的机理联系,通过“先反演再平均”与“先平均再反演”之间的差异,可计算“高”分辨率与“低”分辨率之间的遥感产品尺度差异。其次,分别以红光、近红外两波段反射率和归一化植被指数(NDVI)为自变量,对叶面积指数(LAI)非线性遥感模型进行泰勒展开,研究了模型非线性、遥感数据空间异质性对LAI遥感产品尺度差异的影响,发现高阶项可忽略,利用二阶导数项和遥感数据方差项可定量计算遥感产品尺度差异,经过二阶导数项纠正后的尺度差异相对偏差从5.6%分别降低到0.78%和1.45%。最后,分析了LAI遥感产品尺度效应的特征规律,得出以下结论:随着植被覆盖的增大,同等遥感空间异质性的LAI遥感产品尺度差异越大,且红光波段比近红外波段的尺度差异敏感性高近2个数量级;对于绝大部分陆地植被区域,存在“低分辨率低估”尺度效应,且遥感产品尺度差异的主导要素为LAI模型非线性,NDVI变量自身非线性对尺度效应贡献占23.5%;对于湿地类植被与水体混合情形,NDVI变量非线性的贡献为主导贡献,出现“低分辨率高估”尺度效应,必须利用红光、近红外两波段的二阶导数项非线性尺度差异,才能解释这一类型的LAI遥感产品尺度效应。本文建立了具有一定普适意义的遥感产品尺度效应定量模拟与尺度纠正方法,对推动定量遥感的尺度问题研究有一定参考价值。 相似文献
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In the period 1999–2009 ten-day SPOT-VEGETATION products of the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Fraction of Absorbed Photosynthetically Active Radiation (FAPAR) at 1 km spatial resolution were used in order to estimate and forecast the wheat yield over Europe. The products were used together with official wheat yield statistics to fine-tune a statistical model for each NUTS2 region, based on the Partial Least Squares Regression (PLSR) method. This method has been chosen to construct the model in the presence of many correlated predictor variables (10-day values of remote sensing indicators) and a limited number of wheat yield observations. The model was run in two different modalities: the “monitoring mode”, which allows for an overall yield assessment at the end of the growing season, and the “forecasting mode”, which provides early and timely yield estimates when the growing season is on-going. Performances of yield estimation at the regional and national level were evaluated using a cross-validation technique against yield statistics and the estimations were compared with those of a reference crop growth model. Models based on either NDVI or FAPAR normalized indicators achieved similar results with a minimal advantage of the model based on the FAPAR product. Best modelling results were obtained for the countries in Central Europe (Poland, North-Eastern Germany) and also Great Britain. By contrast, poor model performances characterize countries as follows: Sweden, Finland, Ireland, Portugal, Romania and Hungary. Country level yield estimates using the PLSR model in the monitoring mode, and those of a reference crop growth model that do not make use of remote sensing information showed comparable accuracies. The largest estimation errors were observed in Portugal, Spain and Finland for both approaches. This convergence may indicate poor reliability of the official yield statistics in these countries. 相似文献
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高光谱吸收特征参数反演草地光合有效辐射吸收率 总被引：1，自引：0，他引：1
在植被光合有效辐射吸收率(FAPAR)遥感估算中被广泛采用的植被指数法,其估算精度往往受到"红波段吸收峰"峰值点光谱反射率易饱和特征的影响。考虑到高光谱吸收特征参数能较好地诠释地物光谱吸收特征的细节信息,基于微分法与包络线去除法研发"高光谱曲线特征吸收峰自动识别法"识别对FAPAR敏感的特征吸收峰,再结合连续统去除法以及光谱吸收指数(SAI)提取FAPAR的高光谱吸收特征参数,构建估算天然草地冠层水平FAPAR的高光谱吸收特征参数模型。结果表明:(1)天然草地冠层FAPAR与高光谱吸收特征参数具有很好的相关性,其中,"红波段吸收峰"SAI对FAPAR变化最为敏感,在植被覆盖度较高时,其饱和性相比"红波段吸收峰"峰值点反射率与归一化植被(NDVI)值有较大的提升。(2)以"红波段吸收峰"SAI为变量的对数方程为FAPAR的最佳估算模型,在植被覆盖度处于中与高时,其FAPAR预测精度比NDVI模型有不同程度的提高。研究采用的高光谱吸收特征参数一定程度上弥补了部分植被指数因饱和问题在估算FAPAR时的不足,可作为植被FAPAR反演的新参数,适用于中、高覆盖度的天然草地FAPAR监测。 相似文献