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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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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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A New Global Solar-induced Chlorophyll Fluorescence(SIF)Data Product from TanSat Measurements 被引量:5
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作者 Lu YAO Dongxu YANG +9 位作者 Yi LIU Jing WANG Liangyun LIU Shanshan DU Zhaonan CAI Naimeng LU Daren LYU Maohua WANG Zengshan YIN Yuquan ZHENG 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2021年第3期341-345,共5页
The Chinese Carbon Dioxide Observation Satellite Mission(TanSat)is the third satellite for global CO2 monitoring and is capable of detecting weak solar-induced chlorophyll fluorescence(SIF)signals with its advanced te... The Chinese Carbon Dioxide Observation Satellite Mission(TanSat)is the third satellite for global CO2 monitoring and is capable of detecting weak solar-induced chlorophyll fluorescence(SIF)signals with its advanced technical characteristics.Based on the Institute of Atmospheric Physics Carbon Dioxide Retrieval Algorithm for Satellite Remote Sensing(IAPCAS)platform,we successfully retrieved the TanSat global SIF product spanning the period of March 2017 to February 2018 with a physically based algorithm.This paper introduces the new TanSat SIF dataset and shows the global seasonal SIF maps.A brief comparison between the IAPCAS TanSat SIF product and the data-driven SVD(singular value decomposition)SIF product is also performed for follow-up algorithm optimization.The comparative results show that there are regional biases between the two SIF datasets and the linear correlations between them are above 0.73 for all seasons.The future SIF data product applications and requirements for SIF space observation are discussed. 展开更多
关键词 TanSat solar-induced chlorophyll fluorescence retrieval algorithm remote sensing
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Cu胁迫下油菜叶片日光诱导荧光辐射特征 被引量:3
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作者 朱冰雪 陈圣波 +1 位作者 周超 刘宝昌 《科学技术与工程》 北大核心 2018年第10期1-5,共5页
农作物在重金属铜胁迫下生长,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。采用不同铜浓度的污染土壤作为培养基,选取双子叶作物油菜进行铜胁迫生长实验,获取4个不同生育期以及7个不同铜污染强度下的植被叶... 农作物在重金属铜胁迫下生长,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。采用不同铜浓度的污染土壤作为培养基,选取双子叶作物油菜进行铜胁迫生长实验,获取4个不同生育期以及7个不同铜污染强度下的植被叶片的反射光谱。基于叶片荧光光谱特征,采用PROSPECT模型反演方法,从油菜叶片反射光谱中获得不同铜胁迫下油菜叶片的荧光光谱,提取荧光光谱峰值特征;并根据油菜不同的生长时期建立了红荧光峰值与叶片中铜含量之间的负相关关系。验证了提取荧光光谱方法的可行性,为大面积植被重金属含量检测提供理论依据。 展开更多
关键词 重金属胁迫 油菜 日光诱导 荧光 PROSPECT模型
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Divergent response of vegetation phenology to extreme temperatures and precipitation of different intensities on the Tibetan Plateau 被引量:1
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作者 Mai SUN Peng LI +4 位作者 Peixin REN Jiayi TANG Cicheng ZHANG Xiaolu ZHOU Changhui PENG 《Science China Earth Sciences》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第10期2200-2210,共11页
Quantifying how climate factors affect vegetation phenology is crucial for understanding climate-vegetation interactions and carbon and water cycles under a changing climate.However,the effects of different intensitie... Quantifying how climate factors affect vegetation phenology is crucial for understanding climate-vegetation interactions and carbon and water cycles under a changing climate.However,the effects of different intensities of extreme climatic events on vegetation phenology remain poorly understood.Using a long-term solar-induced chlorophyll fluorescence dataset,we investigated the response of vegetation phenology to extreme temperatures and precipitation events of different intensities across the Tibetan Plateau(TP)from 2000 to 2018.We found that the effect of maximum temperature exposure days(TxED)and minimum temperature exposure days(TnED)on the start of the growing season(SOS)was initially delayed and shifted to advance along the increasing temperature gradients.However,the response of the end of the growing season(EOS)to TxED and TnED shifted from an advance to a delay with increasing temperature gradients until the temperature thresholds were reached,above which thresholds produced an unfavorable response to vegetation growth and brought the EOS to an early end.The corresponding maximum and minimum temperature thresholds were 10.12 and 2.54℃,respectively.In contrast,cumulative precipitation(CP)was more likely to advance SOS and delay EOS as the precipitation gradient increased,but the advance of SOS is gradually weakening.Four vegetation types(i.e.,forest,shrubland,meadow,and steppe)showed similar trends in response to different climates,but the optimal climatic conditions varied between the vegetation types.Generally,meadow and steppe had lower optimal temperatures and precipitation than forest and shrubland.These findings revealed the divergent responses of vegetation phenology to extreme climate events of different intensities,implying that the SOS will continue to advance with warming,whereas the EOS may undergo a partial transformation from delayed areas to advanced areas with continued warming. 展开更多
关键词 Vegetation phenology Extreme climates Optimal climate solar-induced chlorophyll fluorescence Tibetan Plateau
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Vegetation Phenology in Permafrost Regions of Northeastern China Based on MODIS and Solar-induced Chlorophyll Fluorescence 被引量:1
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作者 WEN Lixiang GUO Meng +3 位作者 YIN Shuai HUANG Shubo LI Xingli YU Fangbing 《Chinese Geographical Science》 SCIE CSCD 2021年第3期459-473,共15页
Vegetation phenology is an indicator of vegetation response to natural environmental changes and is of great significance for the study of global climate change and its impact on terrestrial ecosystems.The normalized ... Vegetation phenology is an indicator of vegetation response to natural environmental changes and is of great significance for the study of global climate change and its impact on terrestrial ecosystems.The normalized difference vegetation index(NDVI)and enhanced vegetation index(EVI),extracted from the Moderate Resolution Imaging Spectrometer(MODIS),are widely used to monitor phenology by calculating land surface reflectance.However,the applicability of the vegetation index based on‘greenness'to monitor photosynthetic activity is hindered by poor observation conditions(e.g.,ground shadows,snow,and clouds).Recently,satellite measurements of solar-induced chlorophyll fluorescence(SIF)from OCO-2 sensors have shown great potential for studying vegetation phenology.Here,we tested the feasibility of SIF in extracting phenological metrics in permafrost regions of the northeastern China,exploring the characteristics of SIF in the study of vegetation phenology and the differences between NDVI and EVI.The results show that NDVI has obvious SOS advance and EOS lag,and EVI is closer to SIF.The growing season length based on SIF is often the shortest,while it can represent the true phenology of vegetation because it is closely related to photosynthesis.SIF is more sensitive than the traditional remote sensing indices in monitoring seasonal changes in vegetation phenology and can compensate for the shortcomings of traditional vegetation indices.We also used the time series data of MODIS NDVI and EVI to extract phenological metrics in different permafrost regions.The results show that the length of growing season of vegetation in predominantly continuous permafrost(zone I)is longer than in permafrost with isolated taliks(zone II).Our results have certain significance for understanding the response of ecosystems in cold regions to global climate change. 展开更多
关键词 vegetation phenology PERMAFROST Moderate Resolution Imaging Spectrometer(MODIS) solar-induced chlorophyll fluorescence(SIF) northeastern China
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Numerical simulations on atmospheric stability conditions and urban airflow at five climate zones in China
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作者 Guoxing Chen Li Rong Guoqiang Zhang 《Energy and Built Environment》 2021年第2期188-203,共16页
Due to the quick development of urbanization,it is important to provide a healthy urban environment for the dweller.Previous studies have obtained valuable conclusions of how to improve the urban airflow distribution ... Due to the quick development of urbanization,it is important to provide a healthy urban environment for the dweller.Previous studies have obtained valuable conclusions of how to improve the urban airflow distribution under isothermal conditions.How to adopt and interpret those conclusions when considering the solar-induced atmospheric stability conditions have not been clarified yet.In this study,the characteristics of atmospheric stability condition and influence of diurnal varying solar-induced thermal effect on urban airflow inside the idealized building arrays were investigated at five cities located at five climate zones in China.Urban energy model,CitySim,was employed to simulate the annual distribution of solar-induced walls’temperatures inside the idealized building arrays.The diurnal varying wall temperatures at the hottest days were set as thermal boundary conditions in computational fluid dynamic(CFD)simulations.With albedo value of 0.5,the possibility of adopting the results from isothermal condition directly ranged from 7%to 11%for the five cities in China throughout the year.The unstable condition ocuppied from 19%to 24%annually and the stable condition of more than 40%annually was observed.Under the diurnal varying solar-induced thermal effect,the spatially-averaged air speeds and airflow patterns were significantly different from the isothermal conditions.The percent of Richardson number under different atmospheric stability conditions annually based on the Citysim simulation results indicated that the atmospheric stability was most likely determined by the local climate characteristics and albedo value rather than the building layouts at the five selected cities in China,but this should be further investigated when the shadow effects of surrounding buildings were considered in simulations. 展开更多
关键词 Urban airflow solar-induced thermal boundary conditions Atmospheric stability CitySim CFD
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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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太阳能通风墙的性能研究 被引量:14
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作者 杨卫波 施明恒 《建筑热能通风空调》 2005年第3期17-21,共5页
利用传热学理论,采用能量平衡法导出太阳能通风墙的一个简化数学模型,并就通风墙的结构尺寸与室外气象参数对其通风性能的影响进行了模拟计算。结果表明:太阳能通风墙的性能受结构参数与室外气象条件影响很大,墙面宽度与高度及太阳辐射... 利用传热学理论,采用能量平衡法导出太阳能通风墙的一个简化数学模型,并就通风墙的结构尺寸与室外气象参数对其通风性能的影响进行了模拟计算。结果表明:太阳能通风墙的性能受结构参数与室外气象条件影响很大,墙面宽度与高度及太阳辐射强度与室外气温的增加均有助于改善通风墙的性能,但空气夹层厚度的盲目增大及风速的增加会降低其通风性能,就空气夹层厚度而言,10cm可以达到较好的运行效果。这些结果对太阳能通风墙的实际应用具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 太阳能 风墙 性能研究 简化数学模型 太阳辐射强度 通风性能 夹层厚度 传热学理论 能量平衡法 模拟计算 气象参数 结构尺寸 条件影响 结构参数 室外气温 运行效果 空气 墙面
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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
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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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太阳诱导叶绿素荧光的卫星遥感反演方法研究进展 被引量:11
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作者 纪梦豪 唐伯惠 李召良 《遥感技术与应用》 CSCD 北大核心 2019年第3期455-466,共12页
太阳诱导叶绿素荧光(Solar-Induced Chlorophyll Fluorescence,SIF)是光合作用的副产品,能够提供直观反映与植被光合作用相关的信息,同时也为光合作用和GPP的研究提供了新的手段。近年来,许多基于通量塔的荧光观测系统用于SIF和GPP的关... 太阳诱导叶绿素荧光(Solar-Induced Chlorophyll Fluorescence,SIF)是光合作用的副产品,能够提供直观反映与植被光合作用相关的信息,同时也为光合作用和GPP的研究提供了新的手段。近年来,许多基于通量塔的荧光观测系统用于SIF和GPP的关系研究。定量估算SIF对陆地生态系统碳循环、初级生产力(Gross Primary Productionty,GPP)和干旱监测的研究具有重要的意义。综述了现有的卫星遥感SIF反演方法,并依据使用通道的位置将SIF反演方法分为基于夫琅禾费暗线法和基于大气吸收波段法两类;分析了SIF卫星遥感反演与应用存在的问题,主要包括传感器性能误差、云覆盖影响、角度效应影响、真实性检验、降尺度以及日尺度转换等;最后,对今后SIF卫星遥感反演的研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 太阳诱导叶绿素荧光(SIF) 夫琅禾费暗线 大气吸收波段 卫星SIF反演方法
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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
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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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华北农业干旱监测与冬小麦估产研究 被引量:8
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作者 杨天垚 邱建秀 肖国安 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1936-1947,共12页
评估了基于植被光学厚度(VOD)和日光诱导叶绿素荧光(SIF)等植被广义光学特性构建的标准化植被指数(ZVI)监测农业干旱的适用性;并采用VOD、SIF两种指数和土壤水分等环境变量的不同组合建立冬小麦估产的岭回归模型,以探究其对冬小麦产量... 评估了基于植被光学厚度(VOD)和日光诱导叶绿素荧光(SIF)等植被广义光学特性构建的标准化植被指数(ZVI)监测农业干旱的适用性;并采用VOD、SIF两种指数和土壤水分等环境变量的不同组合建立冬小麦估产的岭回归模型,以探究其对冬小麦产量的预报能力。结果表明:相较于ZVOD,旬尺度ZSIF对华北地区的农业干旱具有更好的监测能力,对重旱的正确检测率达到77%。ZSIF能够有效反映干旱发生、发展直至减轻的演变过程,其低值区与站点记录的干旱空间分布相吻合。在华北地区南部,生长季C波段和Ku波段的VOD对冬小麦单产的预报能力优于SIF;利用VOD、SIF两种指数和环境变量的全变量模型取得了最好的估产精度,影响冬小麦产量估算精度的关键预测变量为生长高峰期的SIF。研究可为大范围农业干旱监测和粮食安全提供技术支持。 展开更多
关键词 植被光学厚度 日光诱导叶绿素荧光 农业干旱 冬小麦产量 华北地区 岭回归
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