太阳光在植被冠层中的辐射传输过程主要受植被冠层的结构特征、理化特征以及光子传输路线等三个因素的影响。植被 “光谱不变量”是对植被结构参数以及他们的不同组合的总称，“光谱不变理论”则专门研究这些 “光谱不变量”的概念、原理、获取方法以及他们在冠层反射率建模过程中的作用等。过去二十余年，围绕光谱不变理论的建模理念得到了快速发展，并在地表参数测量、冠层反射率建模以及生物物理参数获取等方面得到了广泛应用。

方红亮研究员总结了光谱不变理论在过去二十余年的相关研究，发表了题为“Photon recollision probability and the spectral invariant theory: Principles, methods, and applications”的综述文章。文章系统梳理了光谱不变理论的提出背景、光谱不变理论的建模原理以及光谱不变量的获取与应用等，总结了相关理论的最新进展，并提出了对未来发展的展望。

（1）从理论起源看，光谱不变理论的相关概念源于概率辐射传输模型，采用的建模思路实际上是对光子多次散射的一种简化计算策略。光谱不变理论最先用到了三维冠层辐射传输建模中，后来又被推广到叶片、叶簇和林冠等不同尺度的冠层反射率建模。

（2）光谱不变量概念的提出为光子的截获、吸收与透射等参数在不同波段和不同尺度（主要是叶片和冠层）之间的转换提供了极大的便利，同时为计算冠层的方向反射率、反照率和荧光逃逸概率等提供了新的手段。

（3）光谱不变量可以通过经验方法、光谱方法和结构方法来获取。其中光谱方法又分为单一尺度的光谱方法和光谱尺度转换方法，结构方法又分为投影面积比方法、聚集指数方法、Stenberg公式方法和近似计算方法等，不同方法之间可以进行交叉对比检验。

（4）光谱不变理论已经在多个冠层反射率模型中得到了应用，研究人员基于这些模型开展了大量的植被结构参数和生理参数的反演和估算研究，取得了显著的应用效果。未来的研究应沿着光谱不变理论的原理、方法和应用等方面继续深入探索，提升模型的模拟和应用效果。

该研究获得了国家自然科学基金以及资源与环境信息系统国家重点实验室自主创新项目的支持。

相关论文：

Fang, H.2023.Photon recollision probability and the spectral invariant theory: Principles, methods, and applications.Remote Sensing of Environment,299, 113859.

https://doi.org/10.1016/j.rse.2023.113859