复杂地表条件下PAR和FPAR多尺度计算机模拟与应用研究

PAR和FPAR是碳循环和全球变化研究中的重要参量，地形复杂性和地表空间异质性对PAR和FPAR的估算精度影响较大。定量模拟和获取不同尺度的PAR和FPAR时空分布是极具挑战性的科学问题。目前对PAR和FPAR的估算多采用经验模型或简单的物理模型，研究对象主要为均匀植被冠层。本项目对基于真实结构冠层场景的辐射度模型RGM进行空间尺度扩展和计算功能拓展，即在传统辐射度模型中耦合其它端元的反射率模型，用多步合成法实现辐射度模型的空间尺度扩展，以逐步求精法确保多尺度FPAR的模拟精度，从而建立一个既考虑地形复杂性，又兼顾地表空间异质性，且能够覆盖从高分辨率（米级）到低分辨率（公里级）的多尺度PAR和FPAR的计算机模拟模型，为提高FPAR的遥感反演精度奠定理论基础，为空间尺度效应研究提供新的工具。并通过定量研究作物宽窄行种植结构对冠层内PAR和FPAR的影响，为其增产效应提供寻优评价手段。

光合有效辐射吸收系数（FPAR）是反映植被生长过程的重要生理参数，是陆地生态系统模型的关键参数，是反映全球气候变化的重要因子。FPAR受植被冠层结构、叶片和土壤等组分的光谱特性以及入射辐射分布等因素的影响。项目针对典型农作物冠层，从实验测量、模型模拟和遥感反演三个方面进行了探索分析，基本完成了研究计划。项目主要完成的工作和取得的进展概括如下：.（1）.参加了在黑河中游开展的“黑河流域生态-水文过程综合遥感观测联合试验（HiWATER）”，完成了以玉米为主的地面多站点连续PAR和FPAR测量及相关数据的处理和分析，获得了宝贵的第一手资料。基于实验数据，分析了冠层FPAR测量方法和计算方式的精度，定量分析了叶面积指数（LAI）和植被覆盖度（FVC）与冠层FPAR之间的关系。.（2）.基于辐射度模型原理，在辐射度模型RGM中增加了植被冠层内PAR 和FPAR 分布的计算功能，并与地面实测的冬小麦和夏玉米冠层垂直分层数据进行了比较验证，证明了该算法的准确性与可行性；在此基础上定量分析了冠层叶倾角分布、叶面积指数和天空光比例等因素对冠层透过率和FPAR的影响。.（3）.基于拓展的辐射度模型对典型均匀分布冠层透过率和FPAR的模拟分析，初步验证了间隙率模型在近似计算冠层透过率的可行性，推导出了利用冠层透过率计算冠层FPAR的近似理论公式。.（4）.获取了机载和星载卫星图像，利用地面实测FPAR时间序列的差值，反演得到了CASI和ASTER在实验区的FPAR结果。比较分析发现，由于实验区以农田为主，FPAR不同尺度的反演结果相差并不大，但是由于道路、建筑和田地边缘地区地表异质性比较大，因此，出现相对比较明显的差异，即遥感的尺度问题。