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森林模型
森林生态系统在生物圈与大气圈间二氧化碳等重要温室气体的交换过程中起着重要的作用。森林结构参数的定量反演是遥感应用的重要方向之一,遥感理论模型是理解电磁波与地物相互作用的重要工具,本平台收集了四类森林遥感理论模型:(1)用于辐射计数据的被动微波模型;(2)用于模拟合成孔径雷达数据的森林雷达后向散射模型;(3)用于模拟大光斑激光雷达回波波形数据的激光雷达模型; (4)用于模拟光学二项反射特性的光学模型。
被动微波的数据获取主要通过微波辐射计接受地物自身发射的信号。因此被动微波模型主要是在辐射传输方程基础上,结合能量守恒定律求解地物发射率。早期的被动微波模型主要是半经验的ω-τ模型,忽略植被体内的体散射效应,在森林地区及高频率下有应用局限性;1阶模型考虑了植被体内的一次散射,精度相对较高,但仍存在低估植被发射率现象。而基于Matrix Doubling算法的高阶模型是植被辐射传输方程的数值解,可以很好的模拟植被体内的体散射效应,同时也可以耦合高精度的地表散射模型作为边界处理条件。这里集成的是耦合了Matrix Doubling算法和AIEM模型的可描述森林覆盖地表的辐射传输模型。
早期的合成孔径雷达提供的观测量主要是多极化/全极化雷达后向散射系数,因此早期的模型主要是用于模拟雷达后向散射系数的非相干合成孔径雷达模型。这类模型建立在一定的森林场景的基础上,经历了对森林场景不断细化的过程,包括建立在均匀场景基础上的水云模型、能体现森林结构垂直变化的MIMICS、能体现森林垂直和水平结构变化三维森林雷达后向散射模型(Sun & Ranson,1995),这里集成的是Sun & Ranson与1995年发展的三维森林雷达后向散射模型。雷达干涉/极化干涉技术的发展和数据的不断丰富要求雷达模型不仅能模拟雷达后向散射系数,而且能模拟散射相位随森林结构的变化,即相干森林雷达后向散射模型,于是发展出来一系列相干模型,包括建立在真实三维森林结构基础上的相干森林雷达后向散射模型(Liu & Sun). 综合考虑到模型对森林空间结构的表达能力和运算量,在Sun & Ranson三维森林雷达后向散射模型的基础上发展了相干三维森林雷达后向散射模型SCSR模型(Ni,et al,2014). 这里集成的相干森林极为SCSR模型。
美国宇航局分别于1994年和1997年两次将大光斑激光雷达搭载到航天飞机上进行数据获取,光斑大小为100m;2003年美国宇航局在ICEsat卫星上搭载了激光雷达GLAS,其光斑大小为75m。这些数据为大光斑数据,因此光斑覆盖范围内地物类型复杂,并且在山区存在地形影响。Sun & Ranson于2000年发展了森林激光雷达回波模型,可模拟不同地表类型情况下的激光雷达回波。
随着植被光学模型的发展,基本分为以下几种模型:辐射传输模型,几何光学模型,混合模型和计算机模拟模型。而适合森林冠层BRDF的模型有KUUSK发展起来的FRT模型,Li-Strahler几何光学模型,GORT、GEOSAIL等混合模型以及DART、RGM等的计算机模拟模型。李小文等1985年创建了Li-Strahler几何光学模型,1988年建立的离散植被冠层的间隙率模型则成为几何光学模型与辐射传输模型衔接的桥梁,极大地简化了在三维空间中复杂边界条件下求解的复杂性;1992年建立了考虑入照与反射两方向相互荫蔽的几何光学模型,即GOMS模型,经过了详尽的验证,奠定了Li-Strahler几何光学模型的学术地位。这里集成的即为该模型。
被动微波森林模型 - 典型模型
  1. 一阶
  2. 高阶
  3. 双矩阵
森林雷达后向散射模型 - 典型模型
  1. 相干森林雷达后向散射模型
  2. 非相干森林雷达后向散射模型
  3. 连续模型
  4. 离散模型
激光雷达森林模型 - 典型模型
  1. 激光雷达回波模型(Sun)
  2. 光子计数模型
光学森林模型 - 典型模型
  1. GOMS
  2. GORT
  3. 核驱动模型(abmrals)