导　　师： 孙国清

学科专业： G0503

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 北京师范大学

摘　　要： 农作物是人类主要的粮食来源，因此也是微波遥感的重要研究对象之一。农作物的散射和辐射特征是微波遥感研究的基础，而电磁波和农作物植被层及下垫面地表的相互作用是极其复杂的，为了更好的描述这种作用过程，人们发展了用来模拟农作物散射系数和亮度温度的微波散射和辐射模型。 微波植被模型可以分为经验模型，半经验模型和理论模型，其中理论模型是以物理理论为基础，可以更好的反映电磁波和地物的作用过程。目前使用的理论散射模型主要以波的解析、辐射传输和离散散射理论为研究基础。辐射传输方法以散射体的散射能量值为研究的出发点，此时植被冠层可以看作是具有一定的含水量、几何尺寸和朝向概率分布的散射体的组合，各散射体的散射场是不相关的；基于离散散射理论的植被模型也可以将冠层看作是单散射体的组合，但是此时是以散射体的散射场为研究的出发点，可以考虑这些散射场之间的相关性。本文选择基于辐射传输理论的MIMICS(MICHIGANMICROWAVECANOPYSCATTERING)非相干散射模型和STILE于1996年提出的基于离散散射理论的草类相干散射模型为研究对象，研究的目的在于分析相干和非相干后向散射模型的差异，并在相干散射模型的基础上发展双站散射和辐射模型。研究内容主要有以下几点： 1)对原草类相干散射模型进行修改，提出了适用于玉米作物的一阶相干散射模型，该相干散射模型可以计算具有均匀空间分布特征的玉米作物的非相干散射分量和考虑不同散射机制之间相干性的相干散射分量。使用吉林省公主岭地区玉米地部分生长周期内的实测数据和同步获取的多角度、多时相的ASAR图像数据(C波段，HH/HV极化)对该模型进行了验证，分析了不同生长阶段玉米的衰减和后向散射特征，以及各个散射机制的贡献。最后，将该模型模拟得到的后向散射系数与MIMICS模型的模拟结果以及ASAR观测数据做了比较并分析了误差产生的主要原因。结果显示，与MIMICS模型相比，该相干散射模型的模拟结果和ASAR观测数据更为接近。 2)将原草类相干后向散射模型改为双站散射形式，模拟时只考虑了非相干散射分量。给定入射波向量的天顶角和方位角，分别模拟L和C波段，在相对散射方位角(入射波和散射波方位角的差值)为0度和60度两种情况下，小麦VV和HH极化的双站散射系数与散射波天顶角的关系。模拟结果显示，当相对散射方位角为0度时，地表直接散射项的双站散射系数在入射波和散射波天顶角相等时达到最大值，且C波段散射系数的变化幅度大于L波段。C波段的地表-秆相互作用项的双站散射系数也在入射波和散射波天顶角相等时达到最大值。叶片的直接散射不受相对散射方位角的影响。植被总的散射在L波段主要来自地表的贡献，C波段主要来自冠层的贡献。 3)根据能量守恒定律，将植被总的双站散射系数在2π空间积分，得到植被覆盖区域的发射率。分析了L和C波段小麦V和H极化亮温值与观测角度的关系，并重点分析了亮温与频率、下垫面土壤含水量等参数的关系。模拟结果显示，当冠层只包含叶片单散射体时，模型可以较好的反映植被的辐射特征，而考虑秆单散射体时，该辐射模型在高频及极端入射角和散射角情况下，模拟得到的发射率值存在较小的波动。 论文工作中取得的创新性成果有： 1)改进相干散射模型，使其适用于玉米后向散射的模拟，而原来STILE的相干散射模型仅适用于小麦类具有较小散射体截面的作物。对模型的改进扩大了该相干散射模型的应用范围。 2)给出了具有均一空间分布特征的农作物相干双站散射模型的具体数学表达式，并较好的分析了植被双站散射过程中，相对散射方位角对各散射机制的影响。 3)根据能量守恒定律，将农作物相干散射模型改为辐射模型，这不仅可以更好的分析农作物的辐射特征，也为以后求解植被的全极化辐射STOKES向量和分析农作物的辐射方向性打下了良好的基础。

关 键 词： 微波遥感 农作物 散射模型 辐射特征 植被模型

分 类 号： [S124.9]

领　　域： [农业科学]