这篇文档属于类型a，是一篇关于沙漠灌丛场景方向性反射率建模方法的原创研究论文。以下是详细的学术报告：

一、作者与发表信息

本研究由Henggang Zhang（新疆大学地理与遥感科学学院）、Xu Ma（新疆大学地理与遥感科学学院，通讯作者）、Huaguo Huang（北京林业大学林学院）、Ziti Jiao（北京师范大学遥感科学与工程研究所）及Fei Zhang（浙江师范大学地理与环境科学学院，通讯作者）合作完成，发表于Remote Sensing of Environment期刊（2026年11月，卷333，文章编号115152）。

二、学术背景

研究领域：本研究属于遥感科学中的地表反射率建模方向，聚焦于核驱动双向反射率分布函数（Kernel-Driven BRDF, KDM）模型在复杂沙漠灌丛场景中的应用。

研究动机：传统KDM模型（如RTLSR、RLKB）基于“叶片主导的比尔定律”和均匀背景假设，但沙漠灌丛场景中木质结构占比高、背景异质性强（如沙丘、盐碱地、生物结皮），导致模型精度不足。此外，沙漠地形（如沙丘）的柔和起伏与植被稀疏性进一步增加了反射率建模的挑战。

研究目标：提出一种新型KDM模型——Hotspot Li-Sparse Roujean Terrain (HLSRT)模型，通过改进体积散射核与几何光学核，结合地形与热点效应修正，提升沙漠灌丛场景的反射率模拟精度。

三、研究流程与方法

1. 模型构建

• 体积散射核改进：

  • 基于Gutschick-Wiegel (G-W)解析解的单角度配置，分离介质中反射与透射的几何关系（式3a-3f），解决木质结构无透射率的物理限制。
    
  • 引入SCS+C地形校正因子（式5）修正沙丘的平缓坡度效应，参数c通过先验知识设定（红波段0.3，近红外波段0.63）。
    
  • 耦合热点效应修正函数（式6-7），采用Chen方法描述沙粒的相干后向散射，参数c₁≈0.5、c₂≈2.7°（红波段）/2.8°（近红外波段）。
    

• 几何光学核集成：

  • 联合Li-Sparser核（描述锥形灌丛的阴影重叠效应，式11-17）与Roujean核（描述生物结皮的随机矩形突起，式18），通过权重系数coverli和coverr动态调整二者贡献（式8）。
    

• 模型框架：
  HLSRT最终形式为三核线性组合（式2），包含各向同性系数fiso、改进的体积散射核kt_mynh与几何光学核kt_geo，共5个未知参数需通过最小二乘法反演。

2. 数据验证

• 实测数据：

  • 地点：新疆古尔班通古特沙漠（88.26°N, 44.45°E），2023年4月无风无云条件下采集。
    
  • 仪器：ATP9100F便携式光谱仪（300–1100 nm），观测高度3米，视场角30°，覆盖多角度反射率（VZA: ±60°，步长30°；VAA: 0–360°，步长30°）。
    

• 计算机模拟：

  • 场景设计：基于LESS模型生成3种植被覆盖度（FVC=60%/40%/20%）的沙漠场景，结合OnyxTree构建虚拟灌丛与生物结皮，输入DEM模拟沙丘地形。
    
  • 参数设置：红波段（670 nm）与近红外波段（865 nm）的叶片/木质/背景反射率按实测值设定，采用光子追踪模式计算多角度反射率。
    

• 卫星数据：

  • 使用PARASOL卫星的POLDER产品（2008年数据），筛选IGBP分类为“裸地或稀疏植被”的像元，覆盖北非与中亚区域，空间分辨率6×7 km²。
    

3. 分析方法

通过决定系数（R²）、均方根误差（RMSE）、偏差（Bias）评估模型性能，对比HLSRT与RTLSR、RLKB模型的精度差异。

四、主要结果

1. 实测数据验证：

   • HLSRT在红波段与近红外的平均偏差仅为0.005，显著低于RTLSR（偏差≈0.04）和RLKB（热点区域低估）。
     
   • 热点效应（VZA=30°时反射率峰值）与暗斑效应（VZA=−60°低反射区）的模拟与实测高度吻合（图7-8）。
     

2. 计算机模拟验证：

   • 在LESS模拟的3种FVC场景中，HLSRT的RMSE最低（红波段0.0299，近红外0.0299），且对沙丘地形引起的反射率不对称性捕捉最佳（图9-10）。
     
   • RTLSR在较大VZA（>60°）时因余弦分母问题出现数值不稳定，而RLKB低估热点区域反射率（图13）。
     

3. 卫星数据验证：

   • HLSRT与POLDER数据的R²达0.9119（红波段）和0.9407（近红外），优于RTLSR（R²≈0.77–0.80）和RLKB（图16）。
     

五、结论与价值

科学价值：
- 首次将G-W解析解与地形-热点耦合修正引入KDM框架，解决了沙漠灌丛中木质结构散射与异质背景的建模难题。
- 提出的权重系数coverli/coverr为混合场景的几何光学核设计提供了新思路。

应用价值：
- HLSRT可作为半经验工具支持沙漠地区辐射传输反演（如叶面积指数、反照率），适用于全球干旱区卫星数据处理。

六、研究亮点

1. 创新性方法：

   • 体积散射核中分离反射/透射几何关系，突破传统比尔定律限制。
     
   • 联合Li-Sparser核与Roujean核，动态适应灌丛与生物结皮的混合结构。
     

2. 验证全面性：

   • 结合地面实测、LESS模拟与POLDER卫星数据，多尺度验证模型鲁棒性。
     

3. 计算高效性：

   • 尽管模型复杂度增加，但运行时间与RTLSR相当（约0.9秒/场景），适合大区域应用（图17c）。
     

七、其他要点

局限性：
- 地形校正依赖DEM分辨率，可能引入尺度效应；模型在稠密植被区的适用性需进一步验证。

未来方向：
- 扩展模型至多光谱/高光谱数据，探索其在沙漠化监测与生态评估中的应用潜力。

（报告总字数：约1800字）