[發(fā)明專利]基于SEBAL-HJ模型的農(nóng)作物生物量反演方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210147296.0
• 申請日: 2012-05-11
• 公開（公告）號: CN102650587A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蘇偉;黃健熙;劉睿;張靜瀟;張超
• 申請（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N21/00
• 分類號: G01N21/00
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)遙感技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于SEBAL-HJ模型的農(nóng)作物生物量反演方法。

背景技術(shù)

農(nóng)作物生物量是指農(nóng)作物凈生產(chǎn)量的積累量，是表征農(nóng)作物特征的重要參數(shù)之一，也是進(jìn)行農(nóng)作物長勢監(jiān)測與估產(chǎn)、農(nóng)田生態(tài)環(huán)境評價(jià)的重要依據(jù)。傳統(tǒng)實(shí)地測量農(nóng)作物生物量的方法費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，具有破壞性且只能獲取有限采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)，在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。遙感是快速獲取大范圍內(nèi)地物信息的有效技術(shù)手段，基于遙感影像反演農(nóng)作物生物量是一種快速、經(jīng)濟(jì)、有效的方法。目前用于農(nóng)作物生物量反演的遙感影像有NOVV?AVHRR、LandSat?TM/ETM+等。NOVVAVHRR遙感影像具有較高的時(shí)間分辨率，但空間分辨率低(1km)，受混合像元影響導(dǎo)致基于該遙感影像的農(nóng)作物生物量反演精度較低；LandSat?TM/ETM+具有較高的空間分辨率(30m)，但時(shí)間分辨率低，重訪周期為16天，這樣導(dǎo)致基于該遙感影像的農(nóng)作物生物量反演、長勢監(jiān)測等信息獲取滯后。國產(chǎn)HJ-1衛(wèi)星同時(shí)具有高時(shí)間分辨率(2天的重訪周期)和高空間分辨率(30m)，是反演農(nóng)作物生物量的理想數(shù)據(jù)源。

目前，農(nóng)作物生物量反演方法主要有兩類：基于植被指數(shù)統(tǒng)計(jì)分析的方法和基于過程模型的方法。基于統(tǒng)計(jì)分析的方法是利用農(nóng)作物冠層光譜的敏感波段來構(gòu)建植被指數(shù)，采用微分技術(shù)尋找某些關(guān)鍵波段的特征參數(shù)來估測農(nóng)作物的生物量。這種方法是通過簡單的線性關(guān)系或非線性關(guān)系建立生物量與植被指數(shù)間的關(guān)系，具有輸入變量少、計(jì)算快等優(yōu)點(diǎn)，但這些模型由于缺乏嚴(yán)密的生理、生態(tài)理論做依據(jù)，不能很好的反映實(shí)際情況，有以點(diǎn)代面的缺點(diǎn)；此外，這種方法推廣性差，在一個(gè)區(qū)域建立的模型很難再其他地區(qū)進(jìn)行推廣和應(yīng)用。基于模型的方法，比如BIOME-BGC模型，包含了農(nóng)作物生長的生理生態(tài)學(xué)機(jī)理，具有一定的理論基礎(chǔ)和較高的精度，是反演農(nóng)作物生理量的一種較為合理的方法，但這種過程模型都比較復(fù)雜，使用時(shí)需要輸入較多的參數(shù)，因此在實(shí)際應(yīng)用中受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：如何實(shí)現(xiàn)對農(nóng)作物生物量的高精度的反演，且計(jì)算量相對小。

(二)技術(shù)方案

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于SEBAL-HJ模型的農(nóng)作物生物量反演方法，包括以下步驟：

S1：獲取研究區(qū)的HJ-1CCD、熱紅外影像IRS和高程數(shù)據(jù)DEM，對影像進(jìn)行幾何精校正；

S2：反演地表反照率、歸一化植被指數(shù)NDVI、比值植被指數(shù)SR、地表比輻射率，并反演地表溫度；

S3：根據(jù)步驟S2的反演結(jié)果計(jì)算凈輻射通量，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步計(jì)算土壤熱通量；

S4：結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，通過循環(huán)遞歸求算感熱通量；

S5：計(jì)算蒸發(fā)比系數(shù)，通過時(shí)空尺度擴(kuò)展得到日蒸散量；

S6：基于植被指數(shù)NDVI、SR反演光合有效輻射吸收比率fPAR；

S7：根據(jù)步驟S5的日蒸散量反演結(jié)果和步驟S6的fPAR反演結(jié)果，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)反演凈初級生產(chǎn)力NPP；

S8：將NPP參數(shù)進(jìn)行時(shí)空尺度擴(kuò)展，得到整個(gè)生長季內(nèi)時(shí)空連續(xù)的NPP參數(shù)，對時(shí)空重構(gòu)后的NPP累加得到農(nóng)作物生物量。

其中，所述步驟S2中地表參量反演的過程具體包括：

S2.1：基于HJ-1?CCD影像反演地表反照率；

S2.2：利用HJ-1?CCD影像計(jì)算歸一化植被指數(shù)NDVI、比值植被指數(shù)SR；

S2.3：利用歸一化植被指數(shù)NDVI計(jì)算地表比輻射率ε_λ，公式為ε_λ＝1.009+0.047ln^NDVI；

S2.4：用JM&S單通道法反演地表溫度，具體包括：

A2：獲取大氣水汽含量ω；

B2：利用HJ-1IRS第四波段計(jì)算星上亮溫T₀，其中K₁＝2hc²λ^-5，K₂＝hck^-1λ^-1，L為輻亮度，h為普朗克常量，c為真空中的光速，λ為波長，k為波爾茲曼常量；

C2：由A2和B2所求量計(jì)算地表溫度，公式如下：