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侧柏光合能力与空气负离子浓度的关系
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作者 施光耀 杨海青 +3 位作者 桑玉强 蔡露露 张劲松 孟平 《陆地生态系统与保护学报》 2022年第1期13-21,共9页
【目的】通过日光诱导叶绿素荧光(solar induced fluorescence,SIF)指标,探明植被光合能力与空气负离子(negative air ion,NAI)的关系,揭示森林植被对NAI的作用机制。【方法】以北方典型针叶树种侧柏(Platycladus orientalis)为研究对象... 【目的】通过日光诱导叶绿素荧光(solar induced fluorescence,SIF)指标,探明植被光合能力与空气负离子(negative air ion,NAI)的关系,揭示森林植被对NAI的作用机制。【方法】以北方典型针叶树种侧柏(Platycladus orientalis)为研究对象,基于主要生长季节叶面积指数相对稳定时期同步观测得到的冠层NAI、SIF及光合有效辐射(photosynthetically active radiation,PAR)强度等数据,分析不同时间尺度、日内不同时间段及不同强度PAR条件下NAI与SIF的关系。【结果】冠层NAI与SIF的时间变化趋势一致,SIF能够很好地追踪NAI的季节变化;二者之间存在显著的线性正相关关系,日尺度、小时尺度上二者决定系数R2为分别为0.596、0.474;不同光照强度条件下,冠层NAI与SIF的散点出现明显分层现象,冠层NAI和SIF之间相关性强度在高PAR条件下显著高于低PAR条件,二者的决定系数R2分别为0.483、0.456。【结论】当植被光合作用过程完全激活时,冠层SIF能够更准确地表征NAI的变化过程,对进一步精准评估森林植被对NAI的贡献潜力、丰富森林生态服务功能评估内容具有指导意义。 展开更多
关键词 空气负离子 日光诱导叶绿素荧光 光合作用 侧柏林
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基于GMI数据的植被荧光反演研究
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作者 王晓迪 王先华 +4 位作者 施海亮 叶函函 李超 安源 孙二昌 《大气与环境光学学报》 CAS CSCD 2024年第2期221-231,共11页
太阳诱导叶绿素荧光直接指示植被生理状态,而植被作为重要的碳汇,若能利用温室气体卫星遥感数据反演出植被叶绿素荧光,则对于分析大气温室气体源、汇具有重要意义。利用氧气吸收线拟合法,基于GF-5卫星“大气主要温室气体监测仪(GMI)”... 太阳诱导叶绿素荧光直接指示植被生理状态,而植被作为重要的碳汇,若能利用温室气体卫星遥感数据反演出植被叶绿素荧光,则对于分析大气温室气体源、汇具有重要意义。利用氧气吸收线拟合法,基于GF-5卫星“大气主要温室气体监测仪(GMI)”及美国OCO-2遥感数据,针对亚马逊森林、撒哈拉沙漠和非洲草原地区2019年1月和7月GMI卫星遥感数据开展了叶绿素荧光反演研究,并将结果与OCO-2数据荧光产品进行对比分析。反演结果表明:以OCO-2荧光产品为基准,在三个研究区域的两个研究时段内,GMI数据能够较好地反演叶绿素荧光强度。 展开更多
关键词 太阳诱导叶绿素荧光 遥感 反演方法
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日光诱导叶绿素荧光高光谱成像仪研究(特邀) 被引量:1
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作者 张伟 薛辉 于磊 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2021年第10期1-9,I0004,共10页
研究了一种可用于植被日光诱导叶绿素荧光遥感的高光谱成像仪样机,用以满足对植被微弱荧光辐射探测的高信噪比、高光谱分辨率的科学探测需求。根据荧光与太阳夫琅禾费线的作用探测机理,结合探测科学需求分析完成了具备高性能的光学系统... 研究了一种可用于植被日光诱导叶绿素荧光遥感的高光谱成像仪样机,用以满足对植被微弱荧光辐射探测的高信噪比、高光谱分辨率的科学探测需求。根据荧光与太阳夫琅禾费线的作用探测机理,结合探测科学需求分析完成了具备高性能的光学系统设计。系统工作波段为670~780 nm的可见-近红外谱段,可覆盖植物受太阳光照射而产生的荧光辐射特征波长;系统数值孔径为0.25,这种大通光能力可确保系统具备足够的信噪比;系统光谱分辨率优于0.3 nm,并同时具备良好的成像质量。样机的初步结果完全满足设计要求,该研究将为我国未来日光诱导叶绿素荧光高光谱成像探测提供一种有力的手段。 展开更多
关键词 成像光谱仪 日光诱导叶绿素荧光 可见-近红外 高光谱分辨率
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Retrieval of global terrestrial solar-induced chlorophyll fluorescence from TanSat satellite 被引量:38
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作者 Shanshan Du Liangyun Liu +4 位作者 Xinjie Liu Xiao Zhang Xingying Zhang Yanmeng Bi Lianchong Zhang 《Science Bulletin》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第22期1502-1512,共11页
The first Chinese Carbon Dioxide Observation Satellite Mission(TanSat), which was launched on December 21, 2016, is intended to measure atmospheric CO_2 concentration.The high spectral resolution(0.044 nm) and high SN... The first Chinese Carbon Dioxide Observation Satellite Mission(TanSat), which was launched on December 21, 2016, is intended to measure atmospheric CO_2 concentration.The high spectral resolution(0.044 nm) and high SNR(360 at 15.2 mW m^(-1) sr^(-1) nm^(-1)) measurements in the region of the O_2-A band of the Atmospheric Carbon dioxide Grating Spectroradiometer(AGCS) module onboard TanSat make it possible to retrieve solar-induced chlorophyll fluorescence(SIF) from TanSat observations at the global scale.This paper aims to explore the potential of the TanSat data for global SIF retrieval.A singular vector decomposition(SVD) statistical method was employed to retrieve SIF using radiance over a micro spectral window(~2 nm) around the Fe Fraunhofer lines(centered at 758.8 nm).The global SIF at 758.8 nm was successfully retrieved with a low residual error of 0.03 mW m^(-1) sr^(-1) nm^(-1).The results show that the spatial and temporal patterns of the retrieved SIF agree well with the global terrestrial vegetation pattern.The monthly SIF products retrieved from the TanSat data were compared with other remote sensing datasets, including OCO-2 SIF, MODIS NDVI, EVI and GPP.The overall consistency between TanSat and OCO-2 SIF products(R^2= 0.86) and the consistency of the spatial patterns and temporal variations between the TanSat SIF and MODIS vegetation indices and GPP enhance our confidence in the potential and feasibility of TanSat data for SIF retrieval.TanSat, therefore, provides a new opportunity for global sampling of SIF at fine spatial resolution(2 km × 2 km), thus improving photosynthesis observations from space. 展开更多
关键词 TanSat solar-induced CHLOROPHYLL fluorescence SINGULAR vector decomposition VEGETATION index MODIS OCO-2 GPP
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新一代遥感技术助力生态系统生态学研究 被引量:32
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作者 郭庆华 胡天宇 +5 位作者 马勤 徐可心 杨秋丽 孙千惠 李玉美 苏艳军 《植物生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第4期418-435,共18页
随着气候变化和人类活动的加剧,生态系统正处于剧烈变化中,生态学家需要从更大的时空尺度去理解生态系统过程和变化规律,应对全球变化带来的威胁和挑战。传统地面调查方法主要获取的是样方尺度、离散的数据,难以满足大尺度生态系统研究... 随着气候变化和人类活动的加剧,生态系统正处于剧烈变化中,生态学家需要从更大的时空尺度去理解生态系统过程和变化规律,应对全球变化带来的威胁和挑战。传统地面调查方法主要获取的是样方尺度、离散的数据,难以满足大尺度生态系统研究对数据时空连续性的要求。相比于传统地面调查方法,遥感技术具有实时获取、重复监测以及多时空尺度的特点,弥补了传统地面调查方法空间观测尺度有限的缺点。遥感通过分析电磁波信息从而识别地物属性和特征,反演生态系统组成、能量流动和物质循环过程中的关键要素,已逐渐成为生态学研究中必不可少的数据来源。近年来,随着激光雷达、日光诱导叶绿素荧光等新型遥感技术以及无人机、背包等近地面遥感平台的发展,个人化、定制化的近地面遥感观测逐渐成熟,新一代遥感技术正在推动遥感信息"二维向三维"的转变,为传统样地观测与卫星遥感之间搭建了尺度推绎桥梁,这也给生态系统生态学带来了新的机遇,推动生态系统生态学向多尺度、多过程、多学科、多途径发展。因此,该文从生态系统生态学角度出发,重点关注陆地生态系统中生物组分,并分别从生态系统类型、结构、功能和生物多样性等方面,结合作者在实际研究工作中的主要成果和该领域国际前沿动态,阐述遥感技术在生态系统生态学中的研究现状并指出我国生态系统遥感监测领域发展方向及亟待解决的问题。 展开更多
关键词 近地面遥感 激光雷达 无人机 高光谱 日光诱导叶绿素荧光
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植物日光诱导叶绿素荧光的遥感原理及研究进展 被引量:22
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作者 王冉 刘志刚 杨沛琦 《地球科学进展》 CAS CSCD 北大核心 2012年第11期1221-1228,共8页
日光诱导叶绿素荧光(Solar-Induced Fluorescence,SIF)与植被光合作用关系密切,可能成为研究植物光合作用及相关参数的新型遥感手段。总结了SIF的提取算法、遥感模型、传感器以及在植被早期胁迫探测和光能利用率估算等领域应用的最新进... 日光诱导叶绿素荧光(Solar-Induced Fluorescence,SIF)与植被光合作用关系密切,可能成为研究植物光合作用及相关参数的新型遥感手段。总结了SIF的提取算法、遥感模型、传感器以及在植被早期胁迫探测和光能利用率估算等领域应用的最新进展,并提出了SIF遥感有待解决的关键问题。 展开更多
关键词 日光诱导叶绿素荧光 植被遥感 光合作用
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利用随机森林法协同SIF和反射率光谱监测小麦条锈病 被引量:19
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作者 竞霞 白宗璠 +1 位作者 高媛 刘良云 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第13期154-161,共8页
小麦受到条锈病菌侵染后,作物的光合能力及色素含量等均会发生变化,日光诱导叶绿素荧光(solar-inducedchlorophyll fluorescence,SIF)对作物光合生理的变化比较敏感,而反射率光谱则受作物生化参数的影响较大,为了提高小麦条锈病的遥感... 小麦受到条锈病菌侵染后,作物的光合能力及色素含量等均会发生变化,日光诱导叶绿素荧光(solar-inducedchlorophyll fluorescence,SIF)对作物光合生理的变化比较敏感,而反射率光谱则受作物生化参数的影响较大,为了提高小麦条锈病的遥感探测精度,该文利用随机森林(random forest,RF)等机器学习算法开展了协同冠层 SIF 和反射率微分光谱指数的小麦条锈病病情严重度的遥感探测研究。首先利用 3FLD(three bands fraunhofer line discrimination)算法提取了冠层SIF 数据,然后结合对小麦条锈病病情严重度敏感的 11 种反射率微分光谱指数分别基于 RF 和后向传播(back propagation,BP)神经网络算法构建了反射率微分光谱指数与冠层 SIF 协同的小麦条锈病病情严重度预测模型。研究结果表明:RF 算法构建的小麦条锈病病情严重度预测模型优于 BP 神经网络算法,3 个样本组中 RF 模型病情指数(disease index,DI)估测值与实测值间的决定系数 R2平均为 0.92,比 BP神经网络模型(R2的平均值为 0.83)提高了 11%,均方根误差(root meansquare error,RMSE)平均为 0.08,比同组 BP 神经网络模型(RMSE 的平均值为 0.12)减少了 33%,RF 算法更适合于小麦条锈病病情严重度的遥感探测。在反射率微分光谱指数中加入冠层 SIF 数据后,RF 模型和 BP 神经网络模型精度均有所改善,其中 RF 模型估测值与实测值间的平均 R2提高了 4%,平均 RMSE 减少了 22%,BP 神经网络模型估测值与实测值间的平均 R2提高了 14%,平均 RMSE 减少了 28%,综合利用冠层 SIF 和反射率微分光谱指数能够改善小麦条锈病病情严重度的遥感探测精度。研究结果可为进一步实现作物健康状况大面积高精度遥感监测提供新的思路。 展开更多
关键词 遥感 监测 小麦 条锈病 随机森林 日光诱导叶绿素荧光 微分光谱指数
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SPEI和植被遥感信息监测西南地区干旱差异分析 被引量:16
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作者 史晓亮 吴梦月 丁皓 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第12期184-192,共9页
基于西南地区2000—2018年不同时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI1、SPEI3、SPEI12),应用线性趋势法和曼肯德尔检验(Mann-Kendall test,MK)法分析了西南地区气象干旱的时间变化特征,评价了日光诱导叶绿素荧光(SIF)、归一化植被指数(ND... 基于西南地区2000—2018年不同时间尺度的标准化降水蒸散指数(SPEI1、SPEI3、SPEI12),应用线性趋势法和曼肯德尔检验(Mann-Kendall test,MK)法分析了西南地区气象干旱的时间变化特征,评价了日光诱导叶绿素荧光(SIF)、归一化植被指数(NDVI)以及增强型植被指数(EVI)等植被遥感数据对区域植被状况监测的有效性及差异性。结果表明:2000—2018年西南地区SPEI整体上呈微弱增加趋势,其中,2000—2013年间,SPEI12呈下降趋势(趋势率为-0.05/(10a),R^2=0.295),2014—2018年间,SPEI12时间序列呈上升趋势(趋势率为0.04/(10a),R^2=0.094),说明在气候变化背景下,近年来西南地区的干旱化趋势有所缓解。SPEI12的趋势突变点发生在2016年和2017年。相对于植被绿度指数NDVI和EVI,SIF对植被生长季发生的长期和短期干旱事件均表现出较大负异常,说明SIF可快速获取水分胁迫下的植被光合作用信息。森林、农田和草地的SIF与不同时间尺度气象干旱指数的相关性均高于NDVI和EVI,SIF对森林、农田及草地植被生态系统干旱监测的敏感性优于传统的植被绿度指数;草地的SIF与SPEI1的相关性更高(R=0.859,P<0.01),其光合作用对短期水分胁迫最为敏感。本研究可为西南地区干旱的综合应对、水资源管理调控及生态治理提供科学依据。 展开更多
关键词 干旱 标准化降水蒸散指数 日光诱导叶绿素荧光 遥感 西南地区
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基于日光诱导叶绿素荧光与反射率光谱的小麦条锈病探测研究 被引量:14
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作者 陈思媛 竞霞 +1 位作者 董莹莹 刘良云 《遥感技术与应用》 CSCD 北大核心 2019年第3期511-520,共10页
综合利用反射率光谱在作物生化参数探测的优势和叶绿素荧光在光合生理诊断的优势,开展了日光诱导叶绿素荧光(SIF)和反射率光谱指数协同的小麦条锈病光谱探测研究,以期提高小麦条锈病病情严重度的预测精度。利用O2-A波段(760nm)的SIF信... 综合利用反射率光谱在作物生化参数探测的优势和叶绿素荧光在光合生理诊断的优势,开展了日光诱导叶绿素荧光(SIF)和反射率光谱指数协同的小麦条锈病光谱探测研究,以期提高小麦条锈病病情严重度的预测精度。利用O2-A波段(760nm)的SIF信号和对小麦条锈病病情严重度敏感的7种反射率光谱指数,基于支持向量机(SVM)、逐步回归(SR)以及神经网络(BP)算法,定量分析了反射率光谱指数和反射率光谱指数与SIF协同的小麦条锈病病情严重度(DI)光谱探测模型的预测精度。结果表明:①SIF与小麦条锈病病情严重度之间存在极显著的负相关关系,SIF与DI间的响应能有效地应用于小麦条锈病的遥感探测;②SIF结合反射率光谱指数的小麦条锈病病情严重度光谱模型探测精度均高于反射率光谱指数模型,SIF能够显著提高小麦条锈病病情严重度的光谱探测精度;③无论是利用反射率光谱指数还是SIF结合反射率光谱指数作为小麦条锈病病情严重度预测模型的输入参数,训练模型以BP模型的预测精度最高,但验证结果表明SVM与SR方法构建的病情严重度预测模型效果较优。 展开更多
关键词 小麦条锈病 日光诱导叶绿素荧光 反射率光谱 光谱指数 病情指数
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干旱胁迫对棉花冠层光合、光谱和荧光的影响 被引量:12
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作者 李冬旺 张永江 +4 位作者 刘连涛 孙红春 刘玉春 白志英 李存东 《棉花学报》 CSCD 北大核心 2018年第3期242-251,共10页
【目的】研究干旱胁迫下棉花冠层荧光表现。【方法】以转基因抗虫棉农大601为试材,在田间移动旱棚内,设置4种水分处理(正常、轻度干旱、中度干旱和重度干旱),在群体水平研究了冠层光合速率(CAP)、冠层光谱指数和冠层日光诱导荧光(F761)... 【目的】研究干旱胁迫下棉花冠层荧光表现。【方法】以转基因抗虫棉农大601为试材,在田间移动旱棚内,设置4种水分处理(正常、轻度干旱、中度干旱和重度干旱),在群体水平研究了冠层光合速率(CAP)、冠层光谱指数和冠层日光诱导荧光(F761)等指标与植株叶片含水量(LWC)和叶面积指数(LAI)间的关系。【结果】两年试验结果表明:随着干旱胁迫程度的加深,LWC、LAI、CAP、归一化差值植被指数(NDVI)、光化学反射指数(PRI)和F761均呈下降趋势,水分指数(WI)呈上升趋势。经统计分析,重度胁迫下的所有指标与对照差异极显著。NDVI、PRI和WI与LWC、LAI极显著相关,NDVI、PRI和WI与LAI的相关系数(|r|>0.6)均低于它们与LWC的关系(|r|>0.8),F761与LWC、LAI的相关系数高于其它光谱指数。【结论】冠层光合速率、冠层光谱指数和冠层日光诱导荧光均能反映干旱条件下植株含水量和叶面积指数,冠层日光诱导荧光可能比冠层光谱指数更为敏感地反映棉花水分状况。 展开更多
关键词 干旱 棉花 冠层 光谱 荧光
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基于SIF-PLS模型的冬小麦条锈病早期光谱探测 被引量:11
11
作者 竞霞 吕小艳 +1 位作者 张超 白宗璠 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期191-197,共7页
为实现冬小麦条锈病早期探测、提高冬小麦产量和品质,研究了日光诱导叶绿素荧光(Solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)对冬小麦条锈病早期探测的可行性。基于3波段夫琅和费暗线(3-band Fraunhofer line discrimination,3FLD)和... 为实现冬小麦条锈病早期探测、提高冬小麦产量和品质,研究了日光诱导叶绿素荧光(Solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)对冬小麦条锈病早期探测的可行性。基于3波段夫琅和费暗线(3-band Fraunhofer line discrimination,3FLD)和反射率荧光指数2种方法提取了冠层SIF数据,计算了对小麦条锈病敏感的光谱指数(Spectral index,SI),通过相关性分析优选了遥感探测小麦条锈病早期的特征参量,利用偏最小二乘(Partial least squares,PLS)算法构建冬小麦条锈病早期光谱探测模型。研究结果表明:O2-A波段的荧光强度(SIF-A)以及反射率荧光指数ρ440/ρ690、ρ675ρ690/ρ2683、ρ690/ρ655、ρ690/ρ600、DλP/D744、D705/D722均与小麦条锈病早期病情指数(Disease index,DI)达到了极显著相关,相关系数分别为-0.793、-0.523、-0.539、-0.497、0.541、0.446、0.490,可作为冬小麦条锈病早期光谱探测的荧光特征参量;基于3组SIF数据构建的PLS-SIF检验模型的决定系数分别为0.801、0.772、0.807,均方根误差分别为3.3%、3.1%、3.2%,较反射率光谱指数构建的SI-PLS模型决定系数至少提高了27%,均方根误差至少减少了24%。因此,冠层SIF数据更适于冬小麦条锈病的早期探测。本研究结果对及时进行冬小麦条锈病防控具有重要应用价值,可为利用卫星荧光遥感数据对小麦条锈病早期大面积、无损探测提供参考依据。 展开更多
关键词 冬小麦 条锈病 早期探测 日光诱导叶绿素荧光 偏最小二乘算法 光谱指数
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MDBPSO算法优化的全波段光谱数据协同冠层SIF监测小麦条锈病 被引量:10
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作者 白宗璠 竞霞 +1 位作者 张腾 董莹莹 《作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1248-1257,共10页
为了从全波段光谱数据中提取对小麦条锈病敏感的特征参量,提高小麦条锈病遥感探测模型的运行效率和精度,本文首先从惯性权重和粒子更新方式两个方面对传统离散粒子群算法(discrete binary particle swarm optimization,DBPSO)进行改进,... 为了从全波段光谱数据中提取对小麦条锈病敏感的特征参量,提高小麦条锈病遥感探测模型的运行效率和精度,本文首先从惯性权重和粒子更新方式两个方面对传统离散粒子群算法(discrete binary particle swarm optimization,DBPSO)进行改进,利用改进离散粒子群算法(modified discrete binary particle swarm optimization, MDBPSO)从全波段光谱数据中优选遥感探测小麦条锈病严重度的特征变量,然后与冠层日光诱导叶绿素荧光(solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)数据相结合作为自变量分别利用随机森林(randomforest,RF)和后向传播(backpropagation,BP)神经网络算法构建小麦条锈病遥感探测模型,并将其与相关系数(correlation coefficient,CC)分析法和DBPSO算法提取特征参量构建模型的精度进行对比分析。结果表明:(1) MDBPSO算法比传统DBPSO算法具有更快的收敛速度和更高的寻优精度,改进前后其迭代次数从395次减少到156次,最优适应度函数(optimum fitness value,OFV)值从0.145减小到0.127。(2)采用MDBPSO算法选择特征变量时,RF和BP神经网络两种方法构建的模型精度均高于CC分析法和DBPSO算法,其中RF算法预测病情指数(disease index,DI)值和实测DI值间的检验集决定系数(validation set determination coefficient, R2V)比CC分析法和DBPSO算法分别提高了9%和3%,均方根误差(validation set root mean square error, RMSEV)分别降低了28%和11%, BP神经网络算法预测DI值和实测DI值间的R2V比CC分析法和DBPSO算法分别提高了13%和6%,RMSEV分别降低了21%和10%,利用MDBPSO算法优选特征参量能够提高小麦条锈病的遥感探测精度。(3)在MDBPSO、DBPSO和CC分析法3种特征选择算法中,RF算法构建的模型精度均高于BP神经网络算法,其中RF模型预测DI值和实测DI值间的R2V比BP神经网络算法至少提高了7%,平均提高了9%,RMSEV至少降低了15%,平均降低了20%。以MDBPSO算法优选的特征参量为自变量利用 展开更多
关键词 全波段反射光谱 改进离散粒子群 日光诱导叶绿素荧光 小麦条锈病 特征波段
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黄土高原植被日光诱导叶绿素荧光对气象干旱的响应 被引量:10
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作者 曹银轩 黄卓 +5 位作者 徐喜娟 陈上 王钊 冯浩 于强 何建强 《应用生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期457-466,共10页
随着气候变化的加剧,干旱的频率、持续时间以及发生范围都越来越严重,探索植被光合对干旱的响应以及气象因子对植被光合的影响对于人们如何应对干旱具有重要意义。基于遥感的日光诱导叶绿素荧光(SIF)具有对干旱条件下区域植被光合作用... 随着气候变化的加剧,干旱的频率、持续时间以及发生范围都越来越严重,探索植被光合对干旱的响应以及气象因子对植被光合的影响对于人们如何应对干旱具有重要意义。基于遥感的日光诱导叶绿素荧光(SIF)具有对干旱条件下区域植被光合作用进行早期监测和准确评估的潜力。本研究基于星载SIF和标准化降水蒸散发指数(SPEI)研究了黄土高原地区2001-2017年生长季内(4-10月)植被光合作用对干旱的响应关系及其受气象因子的影响程度。结果表明:黄土高原地区植被生长季内SIF与SPEI呈显著正相关关系的区域占比为87.8%,其中,半干旱地区植被光合对干旱的响应较敏感,半湿润地区敏感性较低。不同类型植被光合对干旱的响应存在差异,草地对干旱响应的敏感性最高,响应最强的SPEI时间尺度为3~4个月;林地的敏感性最低,SPEI时间尺度为3~10个月。气象因子与SIF存在显著的相关关系,其中,温度和降雨是影响黄土高原植被光合的重要影响因子,光合有效辐射的影响模式与温度相似。黄土高原地区生长季内不同的气候和植被类型条件下,植被光合所受干旱及各气象因素的影响存在较大差异。 展开更多
关键词 日光诱导叶绿素荧光 标准化降水蒸散发指数 气象干旱 植被光合 黄土高原
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重金属Cu胁迫下典型农作物叶片日光诱导荧光辐射特征提取研究 被引量:9
14
作者 瞿瑛 刘素红 李小文 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期1282-1286,共5页
典型农作物在受到重金属Cu胁迫的情况下,日光诱导荧光辐射特征会发生变化,可以间接地反映植被受重金属胁迫的强度。采用不同含量的Cu溶液或Cu污染土壤作为培养基质,选择小麦、豌豆和白菜三种典型农作物进行Cu胁迫实验,通过地物光谱仪和... 典型农作物在受到重金属Cu胁迫的情况下,日光诱导荧光辐射特征会发生变化,可以间接地反映植被受重金属胁迫的强度。采用不同含量的Cu溶液或Cu污染土壤作为培养基质,选择小麦、豌豆和白菜三种典型农作物进行Cu胁迫实验,通过地物光谱仪和积分球耦合测量方式获得在不同Cu胁迫强度下的植物叶片的表观反射光谱。基于叶片荧光光谱特性,采用模型反演的方法将表观荧光光谱从表观反射光谱中提取出来,并采用三种算法(GM,AM和LM)对表观荧光光谱进行重吸收校正,获得了在不同Cu含量胁迫下典型农作物的荧光光谱,并建立了远红荧光峰(FRF)高度与叶片中Cu含量之间的正相关关系。 展开更多
关键词 日光诱导荧光 重金属胁迫 重吸收校正 叶片光谱
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基于日光诱导叶绿素荧光的北半球森林物候研究 被引量:8
15
作者 周稳 迟永刚 周蕾 《植物生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第4期345-354,共10页
植被物候是反映植被生长规律的重要指标,对气候的反馈具有重要意义。日光诱导叶绿素荧光(SIF)通过复杂的能量耗散机制与光合作用相关联,提供了从空间直接探测大范围植被物候的可能性。为了探究气候变化背景下SIF反演不同森林类型物候的... 植被物候是反映植被生长规律的重要指标,对气候的反馈具有重要意义。日光诱导叶绿素荧光(SIF)通过复杂的能量耗散机制与光合作用相关联,提供了从空间直接探测大范围植被物候的可能性。为了探究气候变化背景下SIF反演不同森林类型物候的适用性,该文以北半球35个全球通量网(FLUXNET)森林站点为研究对象,利用2007–2014年SIF值和总初级生产力(GPP)通过双逻辑生长模型和动态阈值法来估算3种典型森林类型的物候,并采用相关性分析等方法评价SIF在估算不同森林类型物候时的差异性。主要结果为:1) SIF对生长季开始时间(SOS)的估算精度高于生长季结束时间(EOS);2) SIF能够更准确地估算混交林(MF)的SOS,但是不能精确追踪落叶阔叶林(DBF)和常绿针叶林(ENF)的SOS;3)春季季前短波辐射是驱动SOS的主要气候因素。综上,建议在将来的研究中将SIF数据与其他遥感指数整合,应用于不同植物类型的物候监测。 展开更多
关键词 植被物候 北方森林 日光诱导叶绿素荧光 气候变化 短波辐射
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融合GA与SVR算法的小麦条锈病特征优选与模型构建 被引量:7
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作者 竞霞 张腾 +1 位作者 白宗璠 黄文江 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第11期253-263,共11页
为提高小麦条锈病遥感监测精度,综合利用反射率光谱在作物生化参数探测方面的优势和叶绿素荧光在光合生理诊断方面的优势,构建了冠层日光诱导叶绿素荧光(Solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)协同反射率光谱吸收参量的初始特征... 为提高小麦条锈病遥感监测精度,综合利用反射率光谱在作物生化参数探测方面的优势和叶绿素荧光在光合生理诊断方面的优势,构建了冠层日光诱导叶绿素荧光(Solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)协同反射率光谱吸收参量的初始特征集合,并基于融合遗传算法(Genetic algorithm,GA)和支持向量回归(Support vector regression,SVR)算法对初始特征集合与SVR参数进行联合优选,确定遥感监测小麦条锈病严重度的敏感因子,建立基于GA-SVR算法的小麦条锈病遥感监测模型,并将其与相关系数(Correlation coefficient,CC)分析法提取特征参量构建的CC-SVR模型精度进行对比。小区试验数据验证结果表明,融合GA和SVR算法优选特征参量构建的GA-SVR模型精度优于CC-SVR模型,3个样本组中GA-SVR模型预测病情指数(Disease index,DI)与实测DI间的决定系数R2比CC-SVR模型至少提高了2.7%,平均提高了17.8%,均方根误差(Root mean square error,RMSE)至少减少了10.1%,平均减少了32.1%。大田调查数据进一步验证了利用GA-SVR算法对小麦条锈病遥感监测的敏感因子进行优选及模型构建能够提高小麦条锈病遥感监测精度,研究结果为实现大面积高精度遥感监测作物健康状况提供了思路。 展开更多
关键词 小麦 条锈病 日光诱导叶绿素荧光 吸收特征 特征优选 遗传-支持向量回归
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融合SIF和反射光谱的小麦条锈病遥感监测 被引量:7
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作者 段维纳 竞霞 +2 位作者 刘良云 张腾 张丽华 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期859-865,共7页
日光诱导叶绿素荧光(SIF)能够敏感反映作物病害胁迫信息,然而冠层几何结构等因素严重影响了SIF对植被光合功能变化及其受胁迫状况的捕捉能力。为此,将能够敏感反映作物群体生物量的归一化差值植被指数(NDVI)和MERIS陆地叶绿素指数(MTCI)... 日光诱导叶绿素荧光(SIF)能够敏感反映作物病害胁迫信息,然而冠层几何结构等因素严重影响了SIF对植被光合功能变化及其受胁迫状况的捕捉能力。为此,将能够敏感反映作物群体生物量的归一化差值植被指数(NDVI)和MERIS陆地叶绿素指数(MTCI)与SIF_(P)相融合(SIF_(P)-NDVI,SIF_(P)-MTCI,SIF_(P)-NDVI*MTCI),对比分析融合前后SIF对小麦条锈病的遥感监测精度。结果表明:(1)融合反射率光谱指数的SIF_(P)-NDVI,SIF_(P)-MTCI和SIF_(P)-NDVI*MTCI较融合前的SIF_(P)与病情指数(DI)相关性均有不同程度的提高,其中O 2-B波段提高最为明显,分别提高了23.48%,33.61%和36.49%,O 2-A波段提高量最小,分别提高了2.39%,2.14%和1.51%;(2)以SIF_(P)-NDVI和SIF_(P)-MTCI为自变量,基于随机森林回归(RFR)算法构建的小麦条锈病遥感监测模型预测DI值和实测DI值间的R^(2)较SIF_(P)分别平均提高了1.15%和4.02%,RMSE分别平均降低了2.7%和14.41%;(3)综合利用NDVI和MTCI处理后的SIF_(P)-NDVI*MTCI为自变量构建的小麦条锈病遥感监测模型精度最优,其预测DI值和实测DI值间的R^(2)较SIF_(P)平均提高了5.74%,RMSE平均降低了22.52%。研究结果对提高小麦条锈病遥感监测精度具有重要意义,同时亦对其他作物的病害监测具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 小麦条锈病 日光诱导叶绿素荧光 融合 反射率光谱指数 随机森林回归
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基于多核支持向量机的小麦条锈病遥感监测研究 被引量:7
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作者 高媛 竞霞 +1 位作者 刘良云 白宗璠 《麦类作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期118-126,共9页
为提高小麦条锈病的遥感探测精度,依据日光诱导叶绿素荧光和冠层反射光谱数据在小麦条锈病遥感探测中的优势及其与病情严重度之间的映射关系,在运用独立分量分析法对光谱数据降维的基础上,利用核学习算法分别确定冠层光谱特征和日光诱... 为提高小麦条锈病的遥感探测精度,依据日光诱导叶绿素荧光和冠层反射光谱数据在小麦条锈病遥感探测中的优势及其与病情严重度之间的映射关系,在运用独立分量分析法对光谱数据降维的基础上,利用核学习算法分别确定冠层光谱特征和日光诱导叶绿素荧光特征反映小麦条锈病病情严重度的最优核,同时针对冠层光谱与叶绿素荧光特征组,建立基于不同特征最优核映射的多核学习支持向量机模型,并与基于特征直接拼接的模型结果进行对比。结果表明,对于冠层光谱而言,采用高斯核构建的支持向量机模型可较好估测小麦条锈病病情指数,而日光诱导叶绿素荧光指数则是采用多项式核的效果更优;采用直接拼接法融合叶绿素荧光指数和冠层光谱特征能够在一定程度上改善小麦条锈病病情指数估测精度,决定系数(r^2)最高为0.847,而单独利用冠层光谱信息或者叶绿素荧光信息时,r^2最高仅为0.802;对日光诱导叶绿素荧光和反射光谱特征分别利用其最优核进行映射构建的多核学习支持向量机模型精度最高,r^2为0.915,RMSE为0.090,优于基于特征直接拼接构建的支持向量机模型精度。 展开更多
关键词 日光诱导叶绿素荧光 冠层光谱 小麦 条锈病 独立分量分析 多特征 多核学习 支持向量机
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基于夫琅和费暗线原理的太阳诱导叶绿素荧光仪 被引量:6
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作者 孙刚 刘良云 +2 位作者 郑文刚 黄文江 尹鸣 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第S1期248-251,236,共5页
叶绿素荧光技术是探知植物生理状态及其与环境关系的理想方法。太阳诱导叶绿素荧光可以利用夫琅和费暗线原理进行提取。阐述了夫琅和费暗线探测自然光条件下光合作用荧光的基本原理和方法,以及波长760 nm叶绿素荧光探测仪的光学系统、... 叶绿素荧光技术是探知植物生理状态及其与环境关系的理想方法。太阳诱导叶绿素荧光可以利用夫琅和费暗线原理进行提取。阐述了夫琅和费暗线探测自然光条件下光合作用荧光的基本原理和方法,以及波长760 nm叶绿素荧光探测仪的光学系统、仪器硬件组成及其各部分功能、仪器的软件设计。通过与ASD地物光谱仪器的对比试验表明,研制的太阳诱导叶绿素荧光测量的数据与地物光谱仪测量的数据相关系数都大于0.9。基于夫琅和费暗线原理的太阳诱导叶绿素荧光探测仪器提供了一种低成本、实时测量作物冠层太阳诱导叶绿素荧光的方法和仪器。 展开更多
关键词 太阳诱导叶绿素荧光 仪器 夫琅和费暗线原理 光谱
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Strong controls of daily minimum temperature on the autumn photosynthetic phenology of subtropical vegetation in China 被引量:5
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作者 Peixin Ren Zelin Liu +5 位作者 Xiaolu Zhou Changhui Peng Jingfeng Xiao Songhan Wang Xing Li Peng Li 《Forest Ecosystems》 SCIE CSCD 2021年第3期413-424,共12页
Background:Vegetation phenology research has largely focused on temperate deciduous forests,thus limiting our understanding of the response of evergreen vegetation to climate change in tropical and subtropical regions... Background:Vegetation phenology research has largely focused on temperate deciduous forests,thus limiting our understanding of the response of evergreen vegetation to climate change in tropical and subtropical regions.Results:Using satellite solar-induced chlorophyll fluorescence(SIF)and MODIS enhanced vegetation index(EVI)data,we applied two methods to evaluate temporal and spatial patterns of the end of the growing season(EGS)in subtropical vegetation in China,and analyze the dependence of EGS on preseason maximum and minimum temperatures as well as cumulative precipitation.Our results indicated that the averaged EGS derived from the SIF and EVI based on the two methods(dynamic threshold method and derivative method)was later than that derived from gross primary productivity(GPP)based on the eddy covariance technique,and the time-lag for EGSsif and EGSevi was approximately 2 weeks and 4 weeks,respectively.We found that EGS was positively correlated with preseason minimum temperature and cumulative precipitation(accounting for more than 73%and 62%of the study areas,respectively),but negatively correlated with preseason maximum temperature(accounting for more than 59%of the study areas).In addition,EGS was more sensitive to the changes in the preseason minimum temperature than to other climatic factors,and an increase in the preseason minimum temperature significantly delayed the EGS in evergreen forests,shrub and grassland.Conclusions:Our results indicated that the SIF outperformed traditional vegetation indices in capturing the autumn photosynthetic phenology of evergreen forest in the subtropical region of China.We found that minimum temperature plays a significant role in determining autumn photosynthetic phenology in the study region.These findings contribute to improving our understanding of the response of the EGS to climate change in subtropical vegetation of China,and provide a new perspective for accurately evaluating the role played by evergreen vegetation in the regional carbon budget. 展开更多
关键词 Carbon cycle Evergreen vegetation Plant phenology solar-induced fluorescence Climate change MODIS Eddy covariance
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