在描述光线与植被交互时,G函数通常用来表达植物冠层的几何结构对太阳辐射和天空散射辐射的阻挡影响。这个函数考虑了叶片的角度分布,是冠层光学模型(如二流体理论、辐射传输方程等)中的一个组件。
当叶片均匀(或球型)取向时,即叶面方向随机分布,可以认为每个方向上叶面出现的概率相同,则gL(z, ΩL) = 1
,意味着无论观察的方向如何,植被的结构总是相同。在这种情况下,G函数通常简化为一个与太阳天顶角相关的函数。常见的简化形式是 Ross-Thick (或Ross-Tall)模型,该模型的表达式如下:
[ G(\theta) = \frac{1}{\pi} \left(\frac{\mu + \tan(\theta)}{1 + 1.774 \mu \tan(\theta)}\right) ]
其中,θ
是太阳天顶角,\mu
是cos(θ)。
当叶片水平取向时,意味着所有叶子都是水平摆放的,即gL(z, ΩL) = δ(θL-0)
(其中,δ是狄拉克δ函数,θL是叶片的倾斜角度)。在这种极端情况下,叶片仅在水平面上存在,所以G函数应表达为只有在观测方向恰好在水平面时才接收到辐射的情况。这可以表现为:
[ G(\theta) = \begin{cases} \text{无穷大}, & \text{如果 }\theta = 0\ 0, & \text{如果 }\theta \neq 0 \end{cases} ]
但实际应用中,鲜少有完全水平或特定方向取向的叶片分布,因此真实的自然环境中很少会使用δ函数来表述G函数。通常,会使用一些连续的分布函数来更好地近似实际的叶片角度分布。