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吸收光合有效辐射比例(FAPAR)是指植被吸收的光合有效辐射(PAR)占入射太阳辐射的比例,是许多气候和生态学模型的重要输入参数。遥感反演FAPAR的方法可分为经验关系法和模型反演法。经验关系法通过拟合FAPAR与植被指数(如NDVI)的关系来反演FAPAR,但缺点是关系式中的系数会随时间地点而变,难以给出一个普遍适用的系数。通过深入分析植被辐射传输机理,基于结合几何光学模型和辐射传输模型优点的混合模型,本文提出了一种定量反演FAPAR的算法,既考虑了冠层和土壤的光照面及阴影面,也考虑了光子在冠层内和冠层与土壤间的多次散射,能较准确地计算植被冠层的FAPAR。
文章从三个方面对所提出的FAPAR模型进行了验证和评估:1)与蒙特卡罗模拟结果进行系统全面地比较,2)用CHRIS影像反演FAPAR,并用地面实测数据验证反演结果,3)将模型模拟的FAPAR日变化、蒙特卡罗模拟的FAPAR日变化和实测FAPAR日变化三者进行对比。这三方面都证实了模型的可靠性。
由于反演模型的非线性,当影像中存在异质块时,遥感反演的FAPAR就会产生尺度效应。本文从FAPAR定量反演模型出发,分析了FAPAR尺度效应产生的物理机制,并通过数学推导,得到FAPAR的尺度转换公式。为了验证该尺度转换公式,首先将混合模型应用于SPOT-5和MODIS遥感数据反演了2.5 m、10 m、50 m、250 m和500 m五级尺度FAPAR,进一步把尺度转换公式应用在10 m、50 m、250 m和500 m四级尺度数据上,转换得到零级尺度FAPAR值在500 m×500 m的区域平均值,结果与已有零级尺度FAPAR较为吻合。