研究論文
方紅亮課題組研制一個新的土壤反射率模型
文章來源： | 發布時間：2019-08-26 | 【打印】 【關閉】
土壤反射率是表征土壤的基本物理特性之一，也是冠層輻射傳輸模型和陸面過程模型中的不可或缺的一個基本單元。土壤反射率模型通過若干特征反射率向量的組合變換，來模擬世界上千變萬化的土壤光譜反射率。土壤反射率的模擬精度極大程度上影響著冠層輻射傳輸建模和陸表關鍵參數的遙感反演精度。土壤反射率模型的研究一直是定量遙感的關鍵研究內容之一。目前國際上通用的土壤反射率模型，基本上由歐美開發的模型主導，如基于物理過程的Hapke模型，基于光譜統計的Price模型和基于經驗關系的Walthall模型等。
中國科學院地理科學與資源研究所博士生江沖亞（已畢業）和導師方紅亮研究員一道，針對土壤反射率特性進行了持續研究，在大量分析了現有土壤反射率數據的基礎上，成功研制了一個通用的光譜向量模型（GSV）。與現有模型相比，新模型無論在算法的普適性、簡潔性、運算效率和精度上，都有了明顯的提高。具體進展如下:
(1) 他們經過十余年的數據收集，從全球收集了近2.4萬余條有代表性的土壤反射率數據，該數據庫為新型土壤反射率模型的構建奠定了堅實的基礎。該反射率數據庫是目前全球最大的土壤光譜反射率數據庫。
(2) 他們提出用一個新的奇異值分解（SVD）算法，對所獲得的光譜數據進行了深入分析，在此基礎上成功研制了一個通用的光譜向量模型GSV。與目前常用的Price模型（美國農科院開發）相比，新的GSV模型不但減少了建模所需的參數，還提高了模型的普適性和精度。
(3) 歐洲權威定量遙感研究機構荷蘭ITC經過反復測試，認為GSV模型無論是運算效率還是精度都優于現有土壤模型。GSV模型已被ITC耦合到新一代的大型輻射傳輸模型SCOPE模型中。SCOPE模型是歐空局用于陸表關鍵參數反演和植被熒光過程模擬的主導模型，是目前國際上影響力最廣泛的冠層輻射傳輸模型之一。
本項研究受國家自然科學基金資助（41471295, 41171333）。
A1. 關于土壤反射率光譜向量模型(GSV)的論文：
Jiang, C., and H. Fang, 2019. GSV: a general model for hyperspectral soil reflectance simulation. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 83, 101932, https://doi.org/10.1016/j.jag.2019.101932.
A2. 模型構建代碼和通用土壤光譜向量（GSV）：
https://data.mendeley.com/datasets/2hc7m7jkc5/1
A3. SCOPE模型中嵌入GSV模型的論文：
Verhoef, W., van der Tol, C. and Middleton, E.M., 2018. Hyperspectral radiative transfer modeling to explore the combined retrieval of biophysical parameters and canopy fluorescence from FLEX - Sentinel-3 tandem mission multi-sensor data. Remote Sensing of Environment, 204: 942-963. https://doi.org/10.1016/j.rse.2017.08.006
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