了解异面叶的光学特性以及通过物理模型定量估算叶片生化参数，对于解释冠层辐射传输过程和监测植物生长状态至关重要。异面叶模型（DLM）虽然有效考虑了叶片内部结构的不对称性，但忽略了上下表皮表面结构的不对称性（图1(a)）。研究发现，由于异面叶正反面表面结构的差异，叶片两面的多角度反射分布表现出明显不同。

为了解决叶片内部和表面结构的不对称性，本研究提出了一种改进的DLM模型（MADLM）。该模型基于微面元理论，将叶片正反两面的多角度反射与表面结构参数（粗糙度和折射率）相关联（图1(c)），用于模拟异面叶的多角度反射光谱。通过在主平面和半球空间内的多角度反射光谱数据集，对MADLM模型的光谱模拟与生化参数反演精度进行了评估。结果表明，MADLM模型能够高精度地模拟叶片正反两面的多角度反射光谱，并在所有观测几何条件下准确反演异面叶生化和结构参数（图2(a)）。

针对近距离高光谱成像应用，由于无法直接获取每个像素的具体观测几何信息，本研究进一步提出了MADLM模型的简化版本（sMADLM）。该模型通过一个与叶面相关的参数和依赖于波段的菲涅尔系数的乘积来表征异面叶的表面反射特性（图2(b)）。sMADLM模型能够有效降低表面反射对异面叶生化参数反演的影响，以更高的精度生成叶片生化含量分布图（图3）。所构建的MADLM和sMADLM模型，不仅加深了对异面叶光学特性的理解，也为光学遥感准确估算叶片生化参数提供了实用且有效的方法。

以上研究成果以“An advanced dorsiventral leaf radiative transfer model for simulating multi-angular and spectral reflection: Considering asymmetry of leaf internal and surface structure”为题发表于Remote Sensing of Environment期刊。我院博士研究生冉东杰为第一作者，孙仲秋教授和卢珊教授为通讯作者，东京大学名誉教授Kenji Omasa为主要合作者。该研究得到了国家自然科学基金、中央高校基础研究基金和吉林省科技发展计划项目等的支持。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425724005571  

图1. MADLM模型结构示意图

图2. MADLM模型和sMADLM模型主要特征示意图

图3. sMADLM模型与DLM模型反演的不同物种叶片生化含量图 (前两列为叶片正面和反面的真彩色合成图像，中间两列分别为sMADLM (i-l) 和DLM (m-p) 估算的叶绿素含量分布图，最后两列分别为sMADLM (q-t)和DLM (u-x)估算的类胡萝卜素含量分布图)