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通用陆面模型(CoLM)被认为是第三代陆面模型的杰出代表。自从Dickison,Sellers在陆面模型中引入二流近似模型(2S)去描述冠层辐射之后,CoLM也同样将2S引入陆面模型。然而当将遥感观测得到的陆面反照率与陆面模型模拟的冠层反照率进行比较的时候,发现两者往往有巨大的差异,这种差异可以用叶面积指数、叶片光谱参数等CoLM内置的参数误差来解释。事实上,在CoLM中,对于全球范围内模拟的植被冠层反照率,对每一个植被类别曾是采用一套给定的叶片光学参数集来描述的,因而不能反映地表植被变化在时间和空间上巨大的差异性。
通过遥感观测的方法,比如中尺度成像仪(MODIS)可以估计这些植被光学参数。MODIS反照率产品覆盖了地表绝大部分地区,且空间和时间分辨率都与陆表模型网格或子网格相近。Pinty就是用简化的2S和MODIS反照率产品来估计有效光学参数(取代了真实参数)。但是他的方法中,很难解决自由变量远远多于观测数据量的问题,并且有效参数也很难直接用于CoLM之类的陆面模型。
在本文中,我们引入MODIS反射率产品和双冠层反射模型(ACRM)来补偿用MODIS反照率产品估计植被光学参数中已知数据量的不足,并将MODIS LAI产品也作为先验知识丰富已知信息,支持叶片光学参数的反演。
从反演的时间序列的叶片光学参数来看,他们在年内的变化还是明显的,这就意味着CoLM固定参数的方式有可能是错误的。
本文采用美国通量网站(FLUXNET)2000-2008年的时间序列遥感观测数据,将双冠层反射模型和二流近似模型相结合,通过模型反演方法估算了不同植被类型叶片光学参数的时间序列变化,从对估算结果的分析中得出主要结论如下:
1.作物、草地、混交林、落叶林等类别的叶片光学参数,一年内在可见光和近红外波段都有较大变化。这与随着生长期和叶龄的变化,叶片的叶绿素含量、叶片厚度、干物质含量有着直接的关系。当叶片生长时,叶绿素含量增加,叶片厚度增大,因此叶片可见光反射率、透射率减小,而近红外反射率上升;当叶片成熟是,光学参数会维持40到60天的稳定。当叶片老化时,叶绿素含量下降,叶片厚度减小,有机物储存变少,叶片可见光反射率透射率迅速增加,叶肉组织对近红外拦截减小,近红外透射率下降。
2.对于稀树草原来说,反演的叶片光学参数值随时间的变化呈现跳跃,这可能是雨季和旱季的时间不同,导致引起统计的差异。但是,该类别反演的光学参数模拟的冠层反照率与MODIS吻合度最好,改善最明显。
3.对于常绿林类,叶片的光学性质都十分稳定,这同样是因为叶绿素、干物质和叶片厚度的稳定。同时,由于2S模型在LAI较大的情况下,会高估近红外反照率,仅仅通过改进叶片光学参数还不能有效的改善2S的模拟结果。