植被冠层光合有效辐射吸收比和地表反照率观测系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于地理遥感观测技术领域，具体涉及一种植被冠层光合有效辐射吸收比和地表反照率的观测系统和方法。
【背景技术】
[0002]植被吸收光合有效福射占到达植被冠层顶部的光合有效福射的比例称之为光合有效福射吸收比(Fract1n of Absorbed Photosynthetical Iy Active Radiat1n,FPAR) C3FPAR是光能利用率模型反演总第一性生产力(Gross Primary Productivity ,GPP)的重要输入参数，FPAR也可作为植被覆盖及变化的指标。常见的FPAR反演方法是利用归一化植被指数NDVI和MODIS增强植被指数(Enhanced Vegetat1n Index，EVI)获取。在一定范围内，FPAR与NDVI之间存在线性关系。
[0003]在定量遥感研究工作中经常需要测量植被冠层的光合有效辐射吸收比和地表反照率。由于地表情况复杂多变，经常需要获取实验范围内多尺度的地表参数观测值，以达到与不同分辨率遥感数据匹配、研究尺度效应的目的。另外现有的光合有效辐射吸收比的观测方法均通过手持设备实现，不能实时、自动以及连续观测，因此不能得到FPAR的日变化、季变化的数据等，为FPAR的验证和精度评价带来一定的局限性。
[0004]传统的地面观测以单点观测为主，以光合有效辐射吸收比(FPAR)和地表反照率(ALBEDO)观测为例，在野外观测中往往把仪器安装在高塔上来实现一定视场范围的地面观测。光合有效辐射吸收比的测量一般是在冠层上和近地面分别安装上下两个光量子传感器，分别测量冠层上和冠层下的光合有效辐射。
[0005]比如专利申请书CN201510010074.8公开了一种植被冠层光合有效辐射吸收比的观测系统，其特征在于，包括距离植被冠层顶部第一设定距离，且位于植被冠层上方的第一光合有效辐射采集单元;距离地面第二设定距离的第二光合有效辐射采集单元;接收所述第一光合有效辐射采集单元、第二光合有效辐射采集单元采集数据的数据采集器;所述第一光合有效辐射采集单元用于采集植被冠层反射的第一光合有效辐射以及植被冠层接收到的第二光合有效辐射;所述第二光合有效辐射采集单元用于采集土壤背景反射的第三光合有效辐射以及土壤背景接收到的第四光合有效辐射;所述数据采集器根据接收的数据计算得到光合有效辐射吸收比例。该技术方案采用的地表反照率观测也类似的是将日射辐射计或反照率表安装在冠层上一定高度，实现一定视场范围内的地面观测。这种观测方法可以很好的实现野外长期观测的目标。
[0006]又如中国专利CN102103079A公开了一种地表反照率反演方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0007]S1:通过观测卫星的遥感数据上的每个像元获取多角度的地表二向反射率数据；
[0008]S2:根据所述遥感数据中每个像元的地表类型，从先验波谱知识库选择对应的组份波谱数据，所述先验波谱知识库为存储地表类型和对应的组份波谱数据的数据库，所述组份波谱数据为连续的；
[0009]S3:针对不同传感器的波段设置，将所述组份波谱数据积分到对应波段；
[0010]S4:从所述遥感数据中读取观测几何数据，所述观测几何数据包括:太阳天顶角、观测天顶角和太阳与卫星的相对方位角；
[0011]S5:根据所述多角度的地表二向反射率数据与经过积分处理后的组份波谱数据以及所述观测几何数据代入线性方程，构建线性方程组，所述线性方程中包括核系数和核函数；
[0012]S6:通过最小二乘法解得所述线性方程组的核系数，根据所述线性方程的核系数和核函数，计算黑半球波谱反照率、白半球波谱反照率、以及真实地表波谱反照率；
[0013]S7:根据所述线性方程的核系数和核函数、及总下行辐射量的波谱分布，计算任意波段范围内的黑半球宽波段反照率、白半球宽波段反照率、以及真实宽波段反照率。该技术方案解决了测信息量不足，传统算法中窄波段向宽波段转化误差很大，以及遥感数据利用率低的问题。
[0014]但是对于异质性较大的区域，以上方案中的观测方式均不能很好的刻画地表的空间变化特征，尤其在地表参数尺度效应研究中，不能获得多尺度地表观测参数，与不同空间分辨率的遥感观测数据匹配，进行尺度效应和尺度转换方法研究。
[0015]另一方面，在还没有观测塔的研究区，尤其是地形较为复杂的山区林区，传统的观测方法很难获得冠层上的观测数据，尤其是冠层上的上行辐射数据。
【发明内容】
[0016]为克服现有技术中存在的异质性较大的区域不能很好的刻画地表的空间变化特征，尤其在地表参数尺度效应研究中，不能获得多尺度地表观测参数，与不同空间分辨率的遥感观测数据匹配，从而进行尺度效应和尺度转换方法研究的问题，本发明提供了一种植被冠层光合有效辐射吸收比和地表反照率的观测系统和方法。
[0017]本发明采用的技术方案为:一种植被冠层光合有效辐射吸收比和地表反照率观测系统，其创新点在于:所述观测系统包括冠层外观测节点装置、冠层上观测节点装置和冠层下观测节点装置;所述冠层外观测节点装置安装在冠层外的空地上或者冠层上的支架或高塔上，实现向上观测和接收下行辐射;所述冠层上观测节点装置安装在移动观测平台上，实现观测高度根据观测平台高度变化可调、向下观测和接收冠层的上行辐射;所述冠层下观测节点装置安装在近地面的小支架上，具有向上观测、向下观测两个多通道辐射测量装置，分别接收透过冠层的下行辐射和地面反射的上行辐射。
[0018]在此基础上，所述冠层下观测节点装置由向上观测和向下观测的两个多通道辐射测量装置组成。
[0019]在此基础上，所述冠层外观测节点装置由一个向上观测的多通道辐射测量装置组成，实现用于接收冠层外下行辐射。
[0020]在此基础上，所述冠层上观测节点装置由一个向下观测的多通道辐射测量装置和移动观测平台组成，实现用于接收冠层上的上行辐射;所述多通道辐射测量装置用螺丝固定在移动观测平台上。
[0021]在此基础上，所述向上观测和向下观测的多通道辐射测量装置上均设置有一个可见光宽波段光强传感器和四个窄波段光强传感器，所述一个可见光宽波段光强传感器和四个窄波段光强传感器依次排列在多通道辐射测量装置上。
[0022]在此基础上，所述向上观测和向下观测的多通道辐射测量装置内均还设置有数据收集和存储模块，该数据收集和存储模块包括数据存储的数据存储单元、记录数据采集时间的时钟单元、用于记录观测位置的磁传感器、野外供电的电池单元和采集控制的核心芯片，所述的数据存储单元、时钟单元、磁传感器和电池单元均与核心芯片连接，由核心芯片控制。
[0023]在此基础上，所述多通道辐射测量装置上设置的光强传感器和四个窄波段光强传感器的有效观测视场角均为170度。
[0024]在此基础上，所述可见光宽波段光强传感器的波谱响应范围为400?700nm;所述四个窄波段光强传感器的波谱响应范围分别为645±5011111，858.5±3511111，469±2011111，555±20nmo
[0025]在此基础上，所述移动观测平台由四