第34卷，第3期 2014年3月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
叶片多角度偏振光谱特性影响因素的实验研究
孟复，谢东辉“，汪艳，贾颖芳，阎广建北京师范大学通感科学国家重点实验室，通感与地理信息系统研究中心，地理学与通感科学学院，北京100875
Vol.34,No.3-pp619-624
March,2014
摘要通过测量绿萝、银否、苹果三种叶片的多角度偏振光谱，采用斯托克斯失量法计算了叶片的多角度光谱偏振度，并通过PROSPECT模型反演得到叶片的叶绿素、水分含量，进而分析了叶绿素、水分含量对叶片多角度光谱偏振度的影响，探索广观测几何条件与不同波段叶片偏振度间的关系。结果表明，相对于近红外波段，红光波段的偏振度受叶绿素含量变化的影响较小，而水分含量对这两个波段的偏振度基本均无明显影响。在反映叶片偏振度随观测儿何变化方面，近红外波段较另外两个波段有着更好的敏感性和稳定性，但其偏振度值较另外两个波段偏小。
关键词植物叶片；偏振度；斯托克斯失量；多角度；生理参数
中图分类号：S123：
文献标识码：A
引言
D0I: 10. 3964 /j. issn, 1000-0593 (2014 )03-0619-06
振反射与叶倾角分布间关系至今未见有相关研究和报道。建立偏振反射与叶倾角分布间的定量关系，不仅可以更加深人的探究植物冠层与太阳光间的相互作用机理，也可以为叶倾
叶片作为植物重要的组织器官，其与光线之间的相互作用一直以来都是从事植被及农业遥感相关领域研究人员的重要兴趣所在。研究表明，植物叶片对光线的反射具有明显的方向性特征l汀。20世纪80年代开始，Vanderbilt等对这种方向性特征进行了大量的研究3.。他们发现，入射光线经过叶片反射后可以分为两部分，一部分是由叶片内部的多次散射产生的，主要受叶片内部结构及色素、水分等含量影响：务一部分则来自于叶片表面的单次镜面反射，它与叶片表面结构及光照和观测的几何条件有关，正是这一部分，在叶片的方向性反射中做出广主要责献。且与第一部分所表现出的无偏特性不同，叶片的类镜面反射具有明显的偏振特性。
由于叶片反射中偏振部分与入射/观测几何条件间存在的这种密切关系，使得我们有可能从植物冠层的偏振反射信息中得到其叶倾角分布信息一它所影响的正是由于植物的冠层结构而导致的叶片与入射/观测方向之间的相对位置关系。Shibayama等在对几种不同农作物的结构参数和偏振反射进行测量分析后发现，在众多冠层结构参数中，平均叶倾角对偏振反射的影响最大。他们还通过对小麦的研究，证明了由偏振测量估计平均叶倾角的可行性"。但是，冠层偏
收稿日期：2013-04-17，修订日期：2013-06-25
角的遥感反演提供一种新的思路和方法。为了实现这一构想，首先需要对单片叶片的偏振反射特性进行深人研究，搞清叶片表面结构、生理参数及入射/观测几何条件等因素如何影响其偏振反射特性
为了研究叶片表面结构对偏振反射的影响，Raven等测量了代表叶片表面结构两个极端的月桂和毛蕊叶片的偏振特性，其中：月桂叶片表面覆盖着蜡质表层，光滑无毛；而毛蕊叶片表面则多绒毛，较为粗糙汀。结果发现，这两种表面结构通然不同的叶片的偏振特性有着显著的差异：在前向反射区域，月桂叶片的偏振度远远大于毛袭叶片：而后向反射区域两种叶片的偏振性质则比较相似。这一结果表明，观测儿何对于叶片偏振反射的影响与叶片的表面结构有关，且对于相对光滑的叶片，由观测几何的变化所导致的偏振反射的变化可能更加明显。
对于由同种植物组成的冠层，冠层内叶片的表面结构可以近似视作是相同的。在这种假设下，为了建立冠层偏振反射和叶倾角分布的关系，还需要讨论色素、水分等叶片生理参数对于偏振反射的影响。这是由于偏振测量常用的偏振度定义中不只涉及到偏振部分，还涉及到总光强中的无偏部分。对于偏振反射与生理参数间的关系，东北师范大学的韩
基金项目：国家自然科学基金项目(41071224)和欧盟委员会FP-7(FP7-ENV-2007-1，No.212921)资助
作者简介：孟夏，女，1987年生，北京师范大学地图学与地理信息票统专业硕士研究生e-mail：mxgemin@foxmail.com
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