基于农田信息与土壤-叶片-冠层-大气辐射传输耦合模型模拟多维遥感数据方法研究

基于遥感物理模型的多维遥感数据模拟能够为我国发展新型载荷传感器前期论证及在轨测试提供客观评价信息；还为遥感机理模型的分析与验证提供了多源数据，满足了地表参数定量遥感反演及数据融合、同化及尺度转换等研究中的数据需求。本项目基于作物生长期内获取的农田信息，综合运用遥感、农学、数学和计算机等知识，开展的主要研究：扩展并耦合土壤-叶片-冠层模型，建立适合农田非均匀混合像模拟辐射传输模型；建立大气辐射传输解析模型，考虑邻近效应影响；建立基于农田、大气及传感器一体化的辐射传输耦合模型，实现作物连续生长期内不同平台与载荷（机载、星载；多角度、高光谱）、不同大气条件、不同作物生长期等条件下的多维遥感数据模拟；分析耦合模型中输入参数敏感性和误差传递规律，建立多维数据模拟精度定量评价模型；利用获取的农田信息及星-机-地综合遥感试验数据，进行数据模拟和验证。

基于遥感物理模型的多维遥感数据模拟能够为我国发展新型载荷传感器前期论证及在轨测试提供客观评价信息；还为遥感机理模型的分析与验证提供了多源数据，满足了地表参数定量遥感反演及数据融合、同化及尺度转换等研究中的数据需求。本项目基于作物生长期内获取的农田信息，综合运用遥感、农学、数学和计算机等知识，取得的主要研究进展如下：（1）开展多年田间观测实验，获取了大量的作物结构参数、生理生化数据、光谱数据及近地成像高光谱数据，为支持全链路成像模拟提供了良好的数据基础；（2）基于多年连续观测，分析了作物结构参数的时序变化特征，建立了作物关键结构参数的时序变化模型，为开展连续过程的冠层尺度辐射传输模拟提供了数据支持；（3）开展了基于端元指数技术的地表温度降尺度研究，实现了在轨卫星数据时空特征的高效融合，为开展遥感成像模拟提供了高时空分辨率的地表场景输入数据；（4）建立了宽谱段（可见光-热红外）冠层3D辐射传输模型，实现了冠层辐射方向的计算机快速模拟；（5）针对土壤辐射方向性模型进行了扩展，将土壤等效水厚度参数引入传统模型，实现了不同土壤水分含量下土壤BRDF的模拟，改进后的模型也能基于多角度光谱进行土壤水分的定量反演；（6）建立了基于四流近似的大气辐射传输数值计算模型，能够实现大气各辐射分量及地表临近效应的计算和模拟；（7）扩展并耦合土壤-叶片-冠层-大气-传感器模型，建立了农田、大气及传感器一体化辐射传输模拟流程，实现作物连续生长期内不同平台与载荷（机载、星载；多角度、高光谱）、不同大气条件、不同作物生长期等条件下的多维遥感数据模拟，利用获取的农田信息及星-机-地综合遥感试验数据，进行了数据模拟和质量评价。