水稻是中国的主要粮食作物，其总产量占世界第一位，因此，对水稻的长势监测和产量预测历来都受到了人们的关注。而遥感技术提供了周期、迅速、大面积获取农业信息的手段，能够从宏观上实现对作物的全面监测，因此，在农作物长势监测和产量预测方面是大有作为的。但水稻卫星遥感估产有许多特殊困难，成为国际性难题。浙江大学农业遥感与信息技术应用研究所，经过连续18年的研究，完成了浙江省水稻卫星遥感估产运行系统，但估产精度的稳定度仍不够理想，其主要原因是遥感信息机理研究还不够深入。本论文正是希望通过对水稻冠层二向反射特性的研究，增强人们对水稻冠层光谱反射特性的理解，以利于提高遥感估产的精度，促进遥感技术在农业中的应用。●植被二向反射研究进展 植被二向反射特性与观测角和入射角、植被冠层结构（如：冠层厚度、冠层叶角分布、叶的形态结构和空间分布）、植被冠层构成要素的光谱特性和植被下垫面特性之间有密切的联系。对植被二向反射特性的研究，正是希望通过对植被冠层反射率进行多角度的观测，掌握植被冠层反射率随观测角和入射角的变化规律。通过建立植被二向反射模型，模拟光在植被冠层内的传输过程，掌握植被冠层二向反射率、冠层厚度、冠层叶角分布、叶的形态结构和空间分布和植被下垫面特性之间的关系。并通过模型反演，获得丰富的冠层结构信息，从而可通过非破坏性手段，实现对作物的长势监测和产量估算。 科学家们对植被二向反射特性的研究始于70年代，并从8O年代中期逐渐 浙江大学博士学位论文 中义摘要成为遥感界的热I’刁研究领域之一。目前，植被二向反射模型的研究己经步入一个稳定期，研究工作己不局限于对理论的创新与推导，研究范围扩展到从地面实测到遥感数据的实际应用等诸多方面，其主要特点有： 门）理论工作大的突破的可能性减小，工作集中于对理论的修补、细化和完善上，由于简化的理论容易反演，所以格外引起重视。 （2）随着具有斜视角度观测能力的星载和机载传感器（如 POLDER、VEGETATION、MODIS、MISR、MERIS、ADEOS、AVNIR、ASAS等）的应用，植被二向反射模型己应用于星载和机载传感器，这将大大地推动二向反射模型的应用和发展。 门）植被二向反射地面实测工作开展得较少，缺乏大量的地面实测数据来对各种模型进行验证，这将不利于植被二向反射模型的发展。 目前所建立的植被二向反射模型可分为三类：辐射传输模型、几何光学模型和计算机模拟模型。．试验设计 （1）田间试验 1999年和 2000年进行两次大田试验。1999年对一种氮素水平进行观测，2000年对五种氮素水平进行观测。 （2）观测数据 观测数据包括：冠层二向反射率的测量。D－＋片光谱的测量。冠层结构的测量、叶片生物化学成分的测量。．数据分析 门）用实测数据分析水稻冠层二向反射特性的一般规律，包括冠层二向反射特性随观测天顶角、观测方位角和冠层结构变化的变化规律；冠层二向反射特性随不同氮素水平而变化的变化规律。（2）由椭圆模型。PROSPECT模型、FCR模型和太阳高度角计算模型组成水 11 b 浙江大学博d：学位论义 中文摘要 稻BRDF模型，可实现冠层叶倾角分布模拟、叶片光谱特性模拟、冠层垂 直反射率模拟和冠层二向反射率模拟。 臼）利用POWELL法建立反演模型。可反演叶片生物化学含量（叶绿素、蛋 白质、纤维素含量）和冠层结构参数（叶面积指数、叶的形状参数）。．植被光谱模拟系统的集成 将椭圆模型、PROSPECT模型。FCR模型、反演模型及太阳高度角计算模型集成为植被光谱模拟系统，该系统既可以完成植被叶片光谱模拟，又可完成植被冠层结构及冠层光谱的模拟，模拟结果可用文本及图形方式显示。．论文的创新之处 门）本项研究填补了水稻冠层二向反射特性研究的空白，对用遥感手段进行水稻长势监测和产量预测是非常有意义的。 （2）不同氮素营养水平的水稻冠层进行研究，总结出水稻冠层二向反射率随不同氮素水平而变化的规律。 （3）将系统集成生成植被光谱模拟系统，在系统中，只需输入叶片的生物化学含量、椭圆模型参数及观测角度和观测时间，便可实现冠层叶倾角分布、叶片光谱、冠层垂直反射率和冠层二向反射率的模拟，反之，通过输入冠层二向反射率、椭圆模型参数及观测角度和观测时间，便可反演冠层结构参数和叶片生物化学含量。