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植被覆盖度是陆面过程所涉及到的重要生物物理参数之一,其对于数字天气预报、构建全球与气候模型以及全球环境变化及监测研究均具有重要意义。广泛被接受的植被覆盖度定义为:植被(包括叶、茎、枝)在地面的垂直投影面积占统计区总面积的百分比。测量植被覆盖度的方法主要有地面实测和遥感反演测量两种方法。目前,遥感反演测量法被广泛使用。对于遥感整幅影像来说,即使不考虑地形起伏因素,对每一个像元尤其对于大幅面影像边缘的像元来说绝对意义上的垂直观测也是很难保证的,而且,现有的植被覆盖度产品通常是基于不同天(即观测天顶角不同)的观测数据计算合成得到。因此,遥感估算的植被覆盖度必须考虑地表二向性反射引起的角度效应。除此之外,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,这种误差在现有的植被覆盖度产品中很少被考虑,现有文献也鲜有提及。
本文就植被覆盖度的角度效应问题进行了研究,不仅模拟分析了BRDF效应,而且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问题以及二者引起的植被覆盖度估算误差。通过模拟发现即使对于平坦的两种朗伯表面组成的混合像元,面积误差引起的角度效应亦非常显著。对于冬小麦和裸土混合的地表,相比天顶观测,在倾斜40°观测时,由于面积误差带来的红光波段反射率差异己高达63%,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。本文的主要工作及结论如下:
第一、地物的二向性反射和不同观测角度对应像元采样面积的不同对植被覆盖度估算精度同时存在影响,即使在两种平坦的朗伯地物交界处依然影响很大,所以估算植被覆盖度时角度效应必须考虑。本文通过模拟定量分析了二向性反射及面积误差对估算植被覆盖度的精度影响。
第二、对于植被冠层的二向性反射引起的角度效应,红外波段的“碗边效应”较红光波段更明显,因此,当仅利用单个波段运用混合光谱模型法计算植被覆盖度时,选择红光波段的效果要比红外波段效果好。
第三、地面采样面积误差引起的角度效应取决于地物组分类型及组分的面积比。当这两种角度效应同时影响植被覆盖度的估算精度时,随观测天顶角的增大,植被覆盖度是增大还是减小是不一定的。使用MODIS数据验证表明,混合像元内地物间反射率差异越大,受到不同角度采样面积的影响越明显。