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The 2012 Flash Drought Threatened US Midwest Agroecosystems 被引量:2
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作者 JIN Cui LUO Xue +4 位作者 XIAO Xiangming DONG Jinwei LI Xueming YANG Jun ZHAO Deyu 《Chinese Geographical Science》 SCIE CSCD 2019年第5期768-783,共16页
In the summer of 2012, the US Midwest, the most productive agricultural region in the world, experienced the most intense and widespread drought on record for the past hundred years. The 2012 drought, characterized as... In the summer of 2012, the US Midwest, the most productive agricultural region in the world, experienced the most intense and widespread drought on record for the past hundred years. The 2012 drought, characterized as ‘flash drought’, developed in May with a rapid intensification afterwards, and peaked in mid-July. ~76% of crop region and 60% of grassland and pasture regions have been under moderate to severe dry conditions. This study used multiple lines of evidences, i.e., in-situ AmeriFlux measurements, spatial satellite observations, and scaled ecosystem modeling, to provide independent and complementary analysis on the impact of 2012 flash drought on the US Midwest vegetation greenness and photosynthesis carbon uptake. Three datasets consistently showed that 1) phenological activities of all biomes advanced 1–2 weeks earlier in 2012 compared to the other years of 2010–2014;2) the drought had a more severe impact on agroecosystems(crop and grassland) than on forests;3) the growth of crop and grassland was suppressed from June with significant reduction of vegetation index, sun-induced fluorescence(SIF) and gross primary production(GPP), and did not recover until the end of growing season. The modeling results showed that regional total GPP in 2012 was the lowest(1.76 Pg C/yr) during 2010–2014, and decreased by 63 Tg C compared with the other-year mean. Agroecosystems, accounting for 84% of regional GPP assimilation, were the most impacted by 2012 drought with total GPP reduction of 9%, 7%, 6%, and 29% for maize, soybean, cropland, and grassland, respectively. The frequency and severity of droughts have been predicted to increase in future. The results imply the importance to investigate the influences of flash droughts on vegetation productivity and terrestrial carbon cycling. 展开更多
关键词 food security terrestrial carbon cycling EDDY COVARIANCE Vegetation Photosynthesis Model sun-induced fluorescence(SIF)
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日光诱导叶绿素荧光遥感反演及碳循环应用进展 被引量:47
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作者 章钊颖 王松寒 +2 位作者 邱博 宋练 张永光 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期37-52,共16页
在植被遥感领域,遥感植被指数在过去30年极大地促进了从宏观尺度上来理解和认识地球生物圈,但是以"绿度"观测为主的植被指数仅表征植被"潜在光合作用",而不能直接量化"实际光合作用"。植被叶绿素荧光在... 在植被遥感领域,遥感植被指数在过去30年极大地促进了从宏观尺度上来理解和认识地球生物圈,但是以"绿度"观测为主的植被指数仅表征植被"潜在光合作用",而不能直接量化"实际光合作用"。植被叶绿素荧光在光合作用探测上具有优势,是"实际光合作用"的直接探测方法。日光诱导叶绿素荧光(SIF)遥感是近年快速发展起来的新型遥感技术,尤其是2011年实现全球尺度卫星反演以来,在反演算法、植被监测和碳循环应用等方面发展迅速,是近10年来植被遥感领域最具突破性的研究前沿。本文阐述了现阶段(2011年以来)SIF遥感反演及其在碳循环应用方面的进展。本文首先介绍了卫星SIF遥感的发展及其反演算法现状;然后重点剖析了其在陆地生态系统总初级生产力(GPP)估算、全球碳循环监测、物候和植被胁迫监测等方面的应用现状和特点;最后从卫星SIF反演算法优化、SIF-GPP关系机理、SIF多尺度综合观测和全球碳循环监测等方面对今后植被SIF遥感的发展前景进行了展望。 展开更多
关键词 日光诱导叶绿素荧光 GPP模拟 碳循环监测 植被物候监测 植被胁迫监测
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不同藻类水体太阳激发的叶绿素荧光峰(SICF)特性研究 被引量:21
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作者 赵冬至 张丰收 +2 位作者 杜飞 赵玲 郭皓 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第3期265-270,共6页
采用现场实测和室内培养两种方式测定了甲藻、赤潮异弯藻、海洋蓝绿藻、叉角藻赤潮和新月菱形藻、叉鞭金藻、塔胞藻、扁藻和小球藻等非赤潮藻类光谱曲线,采用度量太阳激发的叶绿素荧光峰高度的Rmaxred/R560比值法,建立了不同藻类Rmaxred... 采用现场实测和室内培养两种方式测定了甲藻、赤潮异弯藻、海洋蓝绿藻、叉角藻赤潮和新月菱形藻、叉鞭金藻、塔胞藻、扁藻和小球藻等非赤潮藻类光谱曲线,采用度量太阳激发的叶绿素荧光峰高度的Rmaxred/R560比值法,建立了不同藻类Rmaxred/R560与叶绿素a浓度的关系,R>0.82。随藻类的不同,Rmaxred/R560与叶绿素a的关系发生较大的变化,其关系方程的系数a的变化范围为0.037—1.135之间,b的变化范围为0.094—0.727之间。同时建立了不同藻类荧光峰位置与叶绿素a浓度的关系,除海洋蓝绿藻为0.57外,R均大于0.75。随叶绿素浓度的增加,浮游植物反射光谱荧光峰的位置向红光方向移动。随藻类不同,移动的幅度有所差异,赤潮异弯藻的移动幅度最大,其它藻类每10mgm-3浓度的移动幅度介于0.1—0.3nm之间。叉鞭金藻和塔胞藻在实验的浓度范围内未见移动。 展开更多
关键词 赤潮 藻类 太阳激发的叶绿素荧光 叶绿素α
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日光诱导叶绿素荧光与反射率光谱数据监测小麦条锈病严重度的对比分析 被引量:16
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作者 赵叶 竞霞 +2 位作者 黄文江 董莹莹 李存军 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期2739-2745,共7页
小麦条锈病是影响我国小麦产量的主要病害之一,在小麦受到条锈病菌侵染初期探测到病害信息,对小麦条锈病的防控以及产量和品质的提高具有更为重要的意义。反射率光谱主要反映植被生化组分的浓度信息,而日光诱导叶绿素荧光则对植物光合... 小麦条锈病是影响我国小麦产量的主要病害之一,在小麦受到条锈病菌侵染初期探测到病害信息,对小麦条锈病的防控以及产量和品质的提高具有更为重要的意义。反射率光谱主要反映植被生化组分的浓度信息,而日光诱导叶绿素荧光则对植物光合生理变化响应灵敏。为了更好地实现小麦条锈病病情严重度的遥感探测,尤其是条锈病的早期探测,对日光诱导叶绿素荧光和反射率光谱数据监测小麦条锈病病情严重度的敏感性进行了对比分析。首先利用地物光谱仪测定了不同病情严重度的小麦冠层光谱数据,基于夫琅和费暗线原理利用3FLD(three-band Fraunhofer Line Discrimination)方法提取了小麦条锈病不同病情严重度下的日光诱导叶绿素荧光数据,然后分别利用反射率光谱数据和日光诱导叶绿素荧光数据构建小麦条锈病不同发病状态下的遥感探测模型,并通过保留样本交叉检验方式对预测模型精度进行了评价。结果表明:(1)当小麦条锈病病情指数低于20%时,日光诱导叶绿素荧光对小麦条锈病病害信息的响应比反射率光谱数据更为敏感,以日光诱导叶绿素荧光为自变量构建的小麦条锈病病情严重度预测模型达到了极显著性水平,能够在植被叶绿素含量或叶面积指数发生变化之前探测到植物的胁迫状态,实现作物病害的早期诊断,而反射率光谱数据则难以探测到条锈病病害信息;(2)在小麦条锈病病情严重度处于中度发病(20%<DI≤45%)状态时,虽然日光诱导叶绿素荧光和反射率光谱数据均能实现小麦条锈病病情严重度的遥感探测,但利用日光诱导叶绿素荧光数据构建的预测模型优于反射率光谱数据;(3)当小麦条锈病病情严重度达到重度水平(DI>45%)时,利用反射率光谱数据和日光诱导叶绿素荧光数据构建的小麦条锈病病情严重度预测模型均达到了极显著性水平,两种数据均能够较 展开更多
关键词 小麦条锈病 3FLD 日光诱导叶绿素荧光 植被指数 微分光谱 病情严重度
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日光诱导叶绿素荧光对亚热带常绿针叶林物候的追踪 被引量:15
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作者 周蕾 迟永刚 +2 位作者 刘啸添 戴晓琴 杨风亭 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第12期4114-4125,共12页
植被物候期(春季返青和秋季衰老)是表征生物响应和陆地碳循环的基础信息。由于常绿针叶林冠层绿度的季节变动较弱,遥感提取常绿针叶林的物候信息存在着较大的不确定性,是目前区域物候监测中的难点。利用MODIS植被指数(归一化植被指数NDV... 植被物候期(春季返青和秋季衰老)是表征生物响应和陆地碳循环的基础信息。由于常绿针叶林冠层绿度的季节变动较弱,遥感提取常绿针叶林的物候信息存在着较大的不确定性,是目前区域物候监测中的难点。利用MODIS植被指数(归一化植被指数NDVI和增强型植被指数EVI)、GOME-2日光诱导叶绿素荧光(SIF)和通量数据(总初级生产力GPP)估算2007—2011年亚热带常绿针叶林物候期,用来比较三类遥感指数估算常绿针叶林物候的差异。结果表明:基于表征光合作用物候的通量GPP数据估算得到5年内亚热带常绿针叶林生长季开始时间(SOSGPP)为第63天,生长季结束时间(EOSGPP)为第324天,生长季长度为272天;基于反映植被光合作用特征的SIF曲线获得物候信息要滞后GPP物候期,其中生长季开始时间滞后19天,生长季结束时间滞后2天;基于传统植被指数NDVI和EVI的物候期滞后GPP物候期的时间要大于SIF滞后期,其中植被指数SOS滞后SOSGPP 31天,植被指数EOS滞后EOSGPP 10—17天。虽然基于3种遥感指数估算的春季和秋季物候都滞后于通量GPP的物候期,但是卫星SIF的物候信息能够更好地捕捉常绿针叶林的生长阶段。同时,春季温度是影响森林生长季开始时间的最重要因素;秋季水分和辐射是影响生长季结束时间的关键因素。由此可见,SIF估算的亚热带常绿针叶林的春季和秋季物候的滞后时间要短于传统植被指数,能更好地追踪常绿林光合作用的季节性,为深入研究陆地生态系统碳循环及其对气候变化的响应提供重要的基础。 展开更多
关键词 日光诱导叶绿素荧光 植被指数 物候 通量 气候变化
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表征赤潮水体太阳激发的叶绿素荧光高度的波段优化——归一化荧光高度法 被引量:12
6
作者 赵冬至 张丰收 +2 位作者 杨建洪 郭皓 赵玲 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2005年第6期146-153,共8页
采用现场实测和室内培养两种方式测定了甲藻、赤潮异弯藻、叉角藻、海洋蓝绿藻等赤潮和新月菱形藻、叉鞭金藻、塔胞藻、扁藻和小球藻等非赤潮藻类光谱曲线.采用度量太阳激发的叶绿素荧光峰高度的归一化荧光高度法,建立了不同藻类归一化... 采用现场实测和室内培养两种方式测定了甲藻、赤潮异弯藻、叉角藻、海洋蓝绿藻等赤潮和新月菱形藻、叉鞭金藻、塔胞藻、扁藻和小球藻等非赤潮藻类光谱曲线.采用度量太阳激发的叶绿素荧光峰高度的归一化荧光高度法,建立了不同藻类归一化荧光高度与叶绿素浓度的关系.荧光高度计算方法是将红光波段的反射率最大值(Rmaxred)和R685分别归一化到560 nm处的R560和560 nm附近整个光谱曲线的最大值R560 max上或675 nm处的R675和675 nm附近的最小值R675 mini上.结果表明,不同藻类的Rmaxred/R560max和Rmaxred/R675mini与叶绿素a的相关系数分别比R685/R560和R685/R675与叶绿素的相关系数高,但在海洋现场测量中由于近岸二类水体其他水色组分以及大气校正误差的影响,Rmaxred/R675mini和R685/R675更适合于实测的叶绿素浓度估算.采用三种统计回归方程建立了不同藻类归一化荧光高度与叶绿素浓度关系,除个别藻种外,大部分的相关系数在0.9以上,其中FLH=a+(Chla)b回归方程得到的相关系数优于其他两种方法,相关系数大于0.93,这表明藻类水体的荧光特性和叶绿素浓度之间的普遍关系是非线性的. 展开更多
关键词 藻类 太阳激发的叶绿素荧光 叶绿素A 赤潮
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利用日光诱导叶绿素荧光监测水稻叶片叶绿素含量 被引量:9
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作者 印玉明 王永清 +6 位作者 马春晨 郑恒彪 程涛 田永超 朱艳 曹卫星 姚霞 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第12期169-180,共12页
快速准确地监测作物叶片叶绿素含量对于研究作物光合作用、氮素营养以及胁迫状况至关重要。该研究基于不同品种、不同密度、不同氮素水平的水稻田间小区试验,分别获取冠层和单叶的辐亮度光谱、反射率光谱及生理生态指标等,计算日光诱导... 快速准确地监测作物叶片叶绿素含量对于研究作物光合作用、氮素营养以及胁迫状况至关重要。该研究基于不同品种、不同密度、不同氮素水平的水稻田间小区试验,分别获取冠层和单叶的辐亮度光谱、反射率光谱及生理生态指标等,计算日光诱导叶绿素荧光(Sun-Induced Chlorophyll Fluorescence,SIF)指数和植被指数,进一步基于线性回归和辐射传输模型2种方法来建立叶绿素含量监测模型,评估多个叶绿素监测模型的精度及适用性。结果表明:1)在冠层尺度,冠层761 nm处SIF强度(F761)与冠层叶绿素含量相关性最高,决定系数(Determination coefficient,R^(2))为0.72,略高于表现最好的红边叶绿素指数(Red edge Chlorophyll index,CIred edge)(R^(2)=0.63);2)在单叶尺度,归一化下行SIF指数(↓FY NDFI)与单叶叶绿素含量相关性最高,R^(2)为0.77,比表现最好的上行荧光产量双峰比值指数(↑FY687/↑FY741)R^(2)高出0.10,与表现最好的植被指数CIred edge效果相当(R^(2)=0.81);3)基于SCOPE(Soil Canopy Observation,Photochemistry and Energy fluxes)模型反演水稻冠层叶绿素含量的验证R^(2)为0.57,均方根误差(Root Mean Squared Error,RMSE)为56.54μg/cm,效果差于PROSAIL模型(模型检验的R^(2)为0.91,RMSE为22.59μg/cm);4)单叶Fluspect-B模型反演水稻单叶叶绿素含量的验证R^(2)为0.55,均方根误差RMSE为19.45μg/cm,效果差于PROCWT模型反演结果(R^(2)为0.72,RMSE为6.42μg/cm)。综上,SIF指数在监测冠层和单叶叶绿素含量时效果较好,基于SIF的辐射传输模型也可以用来反演水稻冠层和单叶的叶绿素含量。研究结果可为SIF监测作物叶绿素含量提供理论依据,并对未来利用SIF进行植物光合作用研究提供理论支持。 展开更多
关键词 水稻 叶绿素 模型 日光诱导叶绿素荧光 单叶尺度 冠层尺度 SCOPE Fluspect-B
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FluorMOD模拟叶绿素荧光夫琅和费暗线反演算法不确定性分析 被引量:9
8
作者 胡姣婵 刘良云 刘新杰 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第4期594-608,共15页
目前,利用夫琅和费暗线提取叶绿素荧光的3种最常用的算法有标准FLD方法、3FLD和i FLD方法。上述3种夫琅和费暗线算法在叶绿素荧光反演中得到了广泛应用,但各算法的不确定性研究相对薄弱,尚缺乏系统的分析。因此,本文的目标是阐明氧气吸... 目前,利用夫琅和费暗线提取叶绿素荧光的3种最常用的算法有标准FLD方法、3FLD和i FLD方法。上述3种夫琅和费暗线算法在叶绿素荧光反演中得到了广泛应用,但各算法的不确定性研究相对薄弱,尚缺乏系统的分析。因此,本文的目标是阐明氧气吸收波段叶绿素荧光反演的不确定性,优化叶绿素荧光遥感探测指标,提高叶绿素荧光反演精度。利用Fluor MOD模型,模拟不同植被冠层参数、光谱分辨率SR、信噪比SNR条件下的冠层光谱,并比较分析这3种反演方法在不同参数条件下的不确定性。结果表明:3种方法在O2-A波段的反演精度均比在O2-B波段精度高,其中,i FLD和3FLD算法的反演精度相对较高,标准FLD的反演结果较差;随着SR的下降,3种算法的反演精度均有不同程度的下降,标准FLD算法的荧光提取精度受传感器SR的影响最大;随着SNR的增大,3种算法的反演精度有不同程度的升高,i FLD算法的荧光提取精度受信噪比的影响最大。由结果可以得出,3种反演算法在不同的参数条件下有其各自的局限性和优势;利用氧气吸收波段进行叶绿素荧光反演存在诸多不确定性,不确定性主要来源于吸收线内外反射率和荧光比值的真实值与估计值的偏差,叶绿素含量是影响这种偏差的一个主导因素;传感器性能对荧光提取结果也有显著的影响。 展开更多
关键词 叶绿素荧光 FLUOR MOD模型 不确定性 夫琅和费暗线 叶绿素含量 光谱分辨率 信噪比
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日光诱导叶绿素荧光辐射传输模型研究进展 被引量:8
9
作者 詹春晖 章钊颖 张永光 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第8期945-957,共13页
日光诱导叶绿素荧光(SIF)是指示植被光合作用过程的无损探针,在不同时空尺度上对植被进行SIF的观测可以反映植被的实际光合作用及生理状态。然而在观测、分析和利用SIF的过程中,仍存在很多不确定因素。SIF的发生具有较为复杂的机理,从... 日光诱导叶绿素荧光(SIF)是指示植被光合作用过程的无损探针,在不同时空尺度上对植被进行SIF的观测可以反映植被的实际光合作用及生理状态。然而在观测、分析和利用SIF的过程中,仍存在很多不确定因素。SIF的发生具有较为复杂的机理,从机理出发理解SIF与植被结构的相互作用,并分析影响SIF激发的主要因素将有助于更好地理解SIF与光合作用以及生物量的内在联系。因此,植被SIF辐射传输模型在解释和利用SIF遥感信号方面具有重要的作用。植被SIF信号相对较弱,且受环境、植被和生理等多种因子的影响,需要定量化描述,这为SIF辐射传输模型的构建带来挑战。近年来,大量学者已经发展一系列SIF辐射传输模型,为SIF遥感的发展提供了坚实的理论基础。本文回顾了叶片、冠层和生态系统尺度的SIF模型,从建模机理出发,对比模型优劣势,并对未来SIF模型的发展前景进行了展望。 展开更多
关键词 日光诱导叶绿素荧光 叶绿素荧光模型 辐射传输模型 植被结构 多次散射
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中国亚热带地区植被GPP时空变化及其对GPP_(max)和物候的响应
10
作者 杨海龙 何燕君 《中国资源综合利用》 2024年第2期181-186,201,共7页
亚热带地区植被具有很强的固碳能力,其动态变化对区域乃至全球尺度碳循环都具有重要影响。基于植被总初级生产力(GPP)和日光诱导叶绿素荧光(SIF)数据,本文采用曲率求导和样条插值提取我国亚热带植被春秋季物候和GPP峰值(GPP_(max)),结... 亚热带地区植被具有很强的固碳能力,其动态变化对区域乃至全球尺度碳循环都具有重要影响。基于植被总初级生产力(GPP)和日光诱导叶绿素荧光(SIF)数据,本文采用曲率求导和样条插值提取我国亚热带植被春秋季物候和GPP峰值(GPP_(max)),结合MK趋势检验和偏相关分析,定量分析2001—2018年我国亚热带植被年GPP时空变化特征及其对物候和GPP_(max)的响应。结果表明,研究期间,亚热带地区植被年GPP和GPP_(max)均表现为显著增加的趋势,春季物候和秋季物候则分别表现出不显著提前和显著推迟。偏相关分析结果表明,GPP_(max)和春季物候与年GPP在整个研究区分别为正相关和负相关;除研究区东南部以外,秋季物候与年GPP也表现为正相关。整体而言,研究区内植被年GPP变化主要受到GPP_(max)的控制,其次为春季物候和秋季物候。 展开更多
关键词 总初级生产力 日光诱导叶绿素荧光 物候 GPP_(max)
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基于SCOPE模型的樟子松人工林日光诱导叶绿素荧光及初级生产力模拟与评估
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作者 张宇昕 杨凯捷 +3 位作者 丛巍巍 陆森 张劲松 王锋 《陆地生态系统与保护学报》 2024年第2期1-13,共13页
【目的】检验SCOPE(Soil Canopy Observation of Photosynthesis and Energy fluxes)模型用于模拟樟子松人工林的日光诱导叶绿素荧光(sun-induced chlorophyll fluorescence,SIF)和植被总初级生产力(gross primary productivity,GPP)动... 【目的】检验SCOPE(Soil Canopy Observation of Photosynthesis and Energy fluxes)模型用于模拟樟子松人工林的日光诱导叶绿素荧光(sun-induced chlorophyll fluorescence,SIF)和植被总初级生产力(gross primary productivity,GPP)动态变化的可能性。【方法】对科尔沁沙地南缘樟子松人工林,基于样地SIF、GPP及气象协同观测数据,利用SCOPE模型模拟SIF与GPP的日变化与季节变化,评估了SCOPE模型在典型晴天、典型多云日、整个观测期的模拟效果。【结果】结果显示,利用气象观测数据及冠层参数(入射短波辐射、气温、大气实际水汽压、CO_(2)浓度及叶面积指数),可驱动SCOPE模型模拟樟子松人工林的SIF与GPP。典型晴天日与多云日的SIF模拟值和实测值的R^(2)分别为0.42与0.52,RMSE分别为0.19与0.18 W·m^(-2)·μm^(-1)·sr^(-1);GPP模拟值和观测值的R^(2)分别为0.78与0.89,RMSE分别为1.87与2.57μmol·m^(-2)·s^(-1)。在季节尺度上,SIF和GPP模拟值和观测值的R^(2)分别为0.50、0.72,RMSE分别为0.19 W·m^(-2)·μm^(-1)·sr^(-1)和2.64μmol·m^(-2)·s^(-1)。在整个观测期,多云日的SIF(R^(2)=0.31,RMSE=0.22 W·m^(-2)·μm^(-1)·sr^(-1))与GPP(R^(2)=0.80,RMSE=2.42μmol·m^(-2)·s^(-1))的模拟效果优于晴天日(SIF:R^(2)=0.30,RMSE=0.26 W·m^(-2)·μm^(-1)·sr^(-1),GPP:R^(2)=0.64,RMSE=3.64μmol·m^(-2)·s^(-1))。SIF模拟值总体高于观测值,当SIF强度较低时易对SIF高估,反之则易低估。GPP的模拟精度较高,模型对较低与较高GPP有所低估,对中间值有所高估。【结论】SCOPE模型可用于日尺度与季节尺度的SIF与GPP模拟,且多云日的模拟精度更高。SCOPE模型对樟子松人工林的GPP模拟结果优于SIF,推测SIF模拟精度较低的原因可能是模型对SIF的模拟是基于阔叶植物的辐射传输过程。未来应发展针对针叶植物的SIF辐射传输模型,为针叶林的辐射传输与荧光遥感监测提供模型基础。 展开更多
关键词 日光诱导叶绿素荧光 总初级生产力 樟子松 SCOPE模型
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基于叶绿素荧光遥感的江西省稻田总初级生产力估算及其气象驱动因素研究
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作者 刘博 徐涛 +4 位作者 徐强强 李启龙 刘方平 侯佳佳 崔远来 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期391-400,共10页
总初级生产力(Gross primary production,GPP)是表征作物在光合作用中吸收大气CO_(2)的指标,也是作物产量形成的重要起点。本研究以江西省稻田为研究对象,基于日光诱导叶绿素荧光(Sun-induced chlorophyll fluorescence,SIF)遥感数据和... 总初级生产力(Gross primary production,GPP)是表征作物在光合作用中吸收大气CO_(2)的指标,也是作物产量形成的重要起点。本研究以江西省稻田为研究对象,基于日光诱导叶绿素荧光(Sun-induced chlorophyll fluorescence,SIF)遥感数据和地面通量观测数据,构建了基于SIF的稻田GPP非线性估算模型,进而对江西省2001—2020年稻田GPP进行模拟。结果表明:相较于MOD17 GPP和GOSIF GPP,基于SIF的非线性模型模拟精度更高,可以更好地捕捉水稻季和非水稻季GPP的季节变化,但对早稻-晚稻交替期模拟效果较差。2001—2020年江西省稻田多年平均GPP为(2082.8±143.2)g/(m^(2)·a),空间上呈现北侧低、南侧高的特点,稻田GPP低值主要位于南昌市及其周边,高值位于赣州市和景德镇市。2001—2020年江西省稻田GPP总体呈波动上升趋势,趋势率为24.3 g/(m^(2)·a),上升趋势最大的区域位于江西省南部,上升趋势最小或存在下降趋势的区域主要位于南昌市和九江市,可能与该地区水稻“双改单”现象有关。江西省各市稻田GPP年际变化的主要影响因素为气温,贡献率在28.3%~44.2%之间,太阳辐射对稻田GPP为负贡献,风速在部分区域对稻田GPP为正贡献,降水量和相对湿度对稻田GPP年际变化的影响最弱。研究可为模拟江西省稻田GPP以及评估气候变化背景下稻田固碳能力和产量估算提供理论依据。 展开更多
关键词 日光诱导叶绿素荧光 总初级生产力 估算模型 稻田 时空分布 江西省
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不同植被类型物候对冰冻事件的响应差异及其驱动力
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作者 赵倚霈 刘建锋 +4 位作者 王奇 黄睿智 孙婧依 聂稳 杨绍微 《生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第15期6744-6757,共14页
全球气候变化导致极端气候发生频率和强度增加,探究植被对极端气候的响应与适应是评估区域植被脆弱性和制定适应性经营策略的重要前提。以2008年中国南方极端冰冻事件为例,利用2003—2009年日光诱导叶绿素荧光(SIF)遥感数据提取植被物候... 全球气候变化导致极端气候发生频率和强度增加,探究植被对极端气候的响应与适应是评估区域植被脆弱性和制定适应性经营策略的重要前提。以2008年中国南方极端冰冻事件为例,利用2003—2009年日光诱导叶绿素荧光(SIF)遥感数据提取植被物候,探讨了极端冰冻事件对不同植被类型物候的影响,并采用地理探测器分析各环境因子及其交互作用对植被物候变化的贡献度。结果表明:(1)极端冰冻事件导致植被生长季开始期(SOS)提前2.96 d、生长季结束期(EOS)推迟10.47 d和生长季长度(LOS)延长12.79 d,其中常绿阔叶林物候变化趋势最大,而落叶阔叶林物候变化趋势最小。(2)研究区水热条件的空间分异性影响了植被物候空间变化格局,如东南部水热条件充足区的物候变化趋势更明显,而西北部山区植被物候变化与整体变化趋势相反,即呈现SOS推迟和EOS提前趋势。(3)降水、气温、相对湿度、土壤类型和植被类型是影响植被物候的主导因子,其中气温和降水对植被EOS的解释力最高,分别为0.6522和0.5280。(4)各因子交互作用结果均表现为双因子增强或非线性增强效应,其中气候因子间的交互作用最强,而气候因子与土壤类型、植被类型、冰冻天数的交互效应次之。 展开更多
关键词 极端冰冻事件 日光诱导叶绿素荧光 植被物候 地理探测器
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基于日光诱导叶绿素荧光的陆地生态系统GPP估算研究 被引量:4
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作者 董恒 郭宏 袁艳斌 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期205-211,共7页
为了更加精确全面地掌握全球陆地生态系统固碳情况,基于GUANTER提出的简单线性模型,利用FLUXNET2015通量数据、GOME-2叶绿素荧光数据、MODIS植被指数产品以及土地覆盖数据,将温度胁迫因子和饱和水汽压胁迫因子加入模型中,估算结果与传... 为了更加精确全面地掌握全球陆地生态系统固碳情况,基于GUANTER提出的简单线性模型,利用FLUXNET2015通量数据、GOME-2叶绿素荧光数据、MODIS植被指数产品以及土地覆盖数据,将温度胁迫因子和饱和水汽压胁迫因子加入模型中,估算结果与传统简单线性模型的估算结果相比,13个通量站点中有10个通量站点的估算精度得到了提升。此外,本研究还在考虑环境影响因素模型的基础上,利用植被指数来模拟叶绿素荧光的冠层逃逸率fesc,进一步提升模型的估算精度。结果显示,与传统简单线性模型和只加入环境影响因子的模型估算结果相比,13个通量站点的估算精度都有所提升。 展开更多
关键词 总初级生产力 日光诱导叶绿素荧光 光合作用 GOME2 植被指数
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日光诱导叶绿素荧光估算中国典型生态系统总初级生产力的能力 被引量:4
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作者 刘青瑞 居为民 +10 位作者 张永光 张雷明 王绍强 周艳莲 赵风华 闫俊华 韩士杰 郝彦宾 陈世苹 李英年 项文化 《遥感技术与应用》 CSCD 北大核心 2017年第2期363-373,共11页
陆地生态系统总初级生产力(GPP,Gross Primary Productivity)是陆地生态系统碳循环的重要分量,提高其估算精度具有重要的科学意义。由于受多种因子的影响,GPP的时空变异明显,其估算结果存在较大的不确定性。日光诱导叶绿素荧光(SIF,Sun-... 陆地生态系统总初级生产力(GPP,Gross Primary Productivity)是陆地生态系统碳循环的重要分量,提高其估算精度具有重要的科学意义。由于受多种因子的影响,GPP的时空变异明显,其估算结果存在较大的不确定性。日光诱导叶绿素荧光(SIF,Sun-Induced Chlorophyll Fluorescence)与GPP密切相关,近年来被应用于估算区域和全球GPP,但其在中国生态系统的适用性尚不清楚。以中国8个典型植被生态系统为研究对象,驱动两叶光能利用率模型(TL-LUE,TwoLeaf Light Use Efficiency Model)模拟以站点为中心0.5°×0.5°区域内的月GPP,验证SIF估算GPP的能力。结果表明,SIF具有监测中国典型植被生态系统GPP的能力,月SIF与TL-LUE模拟的月GPP之间显著相关,其中5个生态系统中两者的R2高于0.8,最高达到0.91,GPP与SIF变化的斜率随生态系统类型变化。模拟的GPP与SIF遥感数据的季节变化特征相同,两者之间的一致性在生长季节好于非生长季节;SIF能更好地监测农田GPP的季节变化。 展开更多
关键词 陆地生态系统总初级生产力 日光诱导叶绿素荧光(SIF) 两叶光能利用率模型(TL-LUE)
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基于植被指数、叶绿素荧光和碳通量的华北山地人工林物候对比研究 被引量:3
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作者 张静茹 同小娟 +2 位作者 孟平 张劲松 刘沛荣 《北京林业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第11期17-26,共10页
【目的】物候指植被生长发育的节律性变化,是对气候和环境变化长期适应的结果。本文通过研究植被指数(NDVI、EVI)和日光诱导叶绿素荧光(SIF)与总初级生产力(GPP)之间关系,探究各指数在研究区反映植被动态变化的能力,为深入了解人工林对... 【目的】物候指植被生长发育的节律性变化,是对气候和环境变化长期适应的结果。本文通过研究植被指数(NDVI、EVI)和日光诱导叶绿素荧光(SIF)与总初级生产力(GPP)之间关系,探究各指数在研究区反映植被动态变化的能力,为深入了解人工林对气候变化的响应提供参考。【方法】利用Timesat 3.3软件对2007−2011年MODIS NDVI、EVI、GOME-2 SIF、通量塔GPP数据分别进行滤波。采用双逻辑斯蒂方程对4种指数时间序列进行拟合并根据曲线最大变化速率提取生长季开始期(SOS)和生长季结束期(EOS)。利用相关性分析、均方根误差分析研究NDVI、EVI、SIF反映植被动态特征的能力。【结果】(1)2007−2011年MODIS NDVI、EVI、GOME-2 SIF、通量塔GPP这4种时间序列曲线变化特征基本一致,NDVI、EVI、SIF月均值均与GPP月均值呈现显著正相关关系。(2)GPP月均值与NDVI、EVI之间决定系数R2在春季、秋季均大于SIF。然而,在夏季GPP月均值与NDVI呈现显著相关性,与EVI和SIF并无明显线性关系。(3)NDVI、EVI、SIF与GPP提取物候参数的均方根误差结果显示:利用EVI提取物候参数结果与GPP最为接近,其次为NDVI,最后为SIF。【结论】在本研究区内,MODIS NDVI、EVI能够更好地反映植被动态变化特征。由于NDVI、EVI数据是依据植被冠层结构光谱特性和叶片反射率提取的物候信息,因此会导致植被指数(NDVI、EVI)提取物候期比GPP提取物候开始期提前和物候结束期滞后。利用SIF数据提取物候参数SOS和EOS均提前于GPP数据提取物候参数S0S和EOS。SIF数据由于像元覆盖面积与通量塔GPP数据不完全吻合影响了GPP与SIF之间的相关关系。 展开更多
关键词 植被物候 植被指数 日光诱导叶绿素荧光 总初级生产力
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日光诱导叶绿素荧光对山东省干旱的监测 被引量:3
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作者 陈鑫 计璐艳 +1 位作者 于凯 赵永超 《中国科技论文》 CAS 北大核心 2021年第5期564-570,共7页
为了探讨星载日光诱导叶绿素荧光(solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)在干旱监测中的应用潜力,结合归一化差异型植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)研... 为了探讨星载日光诱导叶绿素荧光(solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)在干旱监测中的应用潜力,结合归一化差异型植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)和增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI)研究了山东省冬小麦在时空尺度上对干旱胁迫的响应。在时间尺度上,SIF对干旱胁迫的响应更快且下降幅度更显著;在空间尺度上,SIF对不同梯度干旱胁迫的响应程度不同,尤其对轻度干旱胁迫的捕捉更准确,描绘出更大的空间损失范围。研究结果表明:卫星SIF对植物的生理变化足够敏感,能够及时地捕捉干旱发展的时空动态,可用于干旱胁迫的早期预警。 展开更多
关键词 干旱 日光诱导叶绿素荧光 植被指数 干旱指数 卫星荧光
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基于日光诱导叶绿素荧光的柑橘黄龙病原位诊断 被引量:2
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作者 陈硕博 沈煜韬 +3 位作者 谢鹏尧 陆旭琦 何勇 岑海燕 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期324-332,共9页
柑橘黄龙病(Huanglongbing,HLB)是柑橘生产中的毁灭性病害,柑橘植株遭到黄龙病菌侵染后光合能力发生变化而后表现出相应的黄化症状。及早实现HLB的原位快速诊断是防控HLB的重要手段。为探究黄龙病菌侵染柑橘叶片的光合响应机制并实现HL... 柑橘黄龙病(Huanglongbing,HLB)是柑橘生产中的毁灭性病害,柑橘植株遭到黄龙病菌侵染后光合能力发生变化而后表现出相应的黄化症状。及早实现HLB的原位快速诊断是防控HLB的重要手段。为探究黄龙病菌侵染柑橘叶片的光合响应机制并实现HLB的原位诊断,该研究分析了健康(Healthy)、未显症HLB(asymptomatic HLB,aHLB)、显症HLB(symptomatic HLB,sHLB)以及黄斑病(Macular,症状与黄龙病相似)柑橘叶片的光合参数与光合色素含量差异。利用光谱技术与日光诱导叶绿素荧光(Sun-induced Chlorophyll Fluorescence,SIF)技术分析了4种类型柑橘叶片的反射率光谱与SIF光谱差异。采用竞争自适应重加权采样(Competitive Adaptive Reweighted Sampling,CARS)算法结合反射率光谱筛选出特征波段,采用SIF光谱的峰值位置(687和741 nm)构建了上行(Upward,Up)和下行(Downward,Dw)SIF产量指数(Up687,Up741,Dw687,Dw741,Up687/741,Dw687/741)。进一步分别利用特征波段的反射率和SIF产量指数,结合K最邻近(K-nearestNeighbor,KNN)分类算法构建了柑橘黄龙病的诊断模型。结果表明,黄龙病菌的侵染使柑橘叶片的光合作用明显减弱,在未显症时期已经表现出来,证明了SIF技术在诊断早期HLB的优势。基于特征波段反射率的KNN模型对未显症HLB和显症HLB的诊断精度为72.7%和75.6%,健康叶片和黄斑病叶片分别为82.2%和64.1%,而基于687和741 nm波长处的上行比值SIF产量指数Up687/741构建的KNN模型对未显症HLB和显症HLB的诊断精度为84.8%和91.1%,健康和黄斑病叶片分别为88.9%和82.1%,均优于反射率光谱模型。结果证明了SIF技术用于诊断柑橘HLB的潜力,为实现柑橘HLB的田间原位、快速、早期诊断提供了可能。 展开更多
关键词 光谱 光合作用 柑橘 黄龙病 日光诱导叶绿素荧光 光合参数 光合色素
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日光诱导叶绿素荧光在估算半干旱草原生态系统总初级生产力中的应用 被引量:2
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作者 郝勇 姜海梅 +2 位作者 叶昊天 曹乐 王成刚 《内蒙古大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2020年第2期154-162,共9页
陆地生态系统总初级生产力(gross primary productivity,GPP)是陆地生态系统碳循环研究的重要组成部分。日光诱导叶绿素荧光(sun-induced chlorophyll fluorescence,SIF)与GPP之间存在的密切联系使得SIF逐渐被应用于全球和区域的GPP的... 陆地生态系统总初级生产力(gross primary productivity,GPP)是陆地生态系统碳循环研究的重要组成部分。日光诱导叶绿素荧光(sun-induced chlorophyll fluorescence,SIF)与GPP之间存在的密切联系使得SIF逐渐被应用于全球和区域的GPP的模拟研究中。利用锡林浩特国家气候观象台涡度相关通量观测系统数据以及GOME-2卫星Level2SIF数据,分析2010~2012年生长季锡林郭勒半干旱区针茅(Stipa)草原生态系统GPP与SIF之间的联系,并对SIF进行光学几何校正以消除观测引起的误差,分析光学几何校正对该生态系统SIF的改善效果,探讨SIF在该生态系统中模拟GPP的应用潜力。结果显示在该生态系统生长季GPP与SIF之间具有较显著的线性相关性,在15天和8天的时间尺度上R^2分别为0.564、0.373;经过光学几何校正可以改善SIF与GPP之间相关性,但其改善受到植被叶面积指数的影响导致效果并不显著;2010年和2011年,生长季降水量较少,生态系统受到一定程度的干旱胁迫使得植被触发光保护机制,造成SIF和GPP变化趋势存在一定差异。研究结果表明,SIF在模拟和监测半干旱针茅草原生态系统GPP时,效果受土壤干旱程度的影响,适用性有限。 展开更多
关键词 半干旱草原 总初级生产力 日光诱导叶绿素荧光 光学几何校正
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叶绿素荧光主动与被动联合观测应用前景 被引量:2
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作者 丁键浠 周蕾 +6 位作者 王永琳 庄杰 陈集景 周稳 赵宁 宋珺 迟永刚 《植物生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期105-118,共14页
叶绿素荧光是研究植物光合生理机制、量化植被光合作用时空格局以及准确理解气候变化背景下陆地生态系统生产力的关键。然而,目前对于叶绿素荧光主动与被动联合观测的研究还较少。该文对比了叶绿素荧光主动观测与被动观测的优缺点,展示... 叶绿素荧光是研究植物光合生理机制、量化植被光合作用时空格局以及准确理解气候变化背景下陆地生态系统生产力的关键。然而,目前对于叶绿素荧光主动与被动联合观测的研究还较少。该文对比了叶绿素荧光主动观测与被动观测的优缺点,展示了叶片尺度和冠层尺度主动与被动联合观测的仪器设备组成,探讨了主动与被动联合观测在探索叶绿体尺度-叶片尺度-冠层尺度能量在光合、荧光以及热耗散中的分配,阐明叶绿素荧光与总初级生产力的关联机制,验证星基日光诱导叶绿素荧光,解译叶绿素荧光光谱形状4个方面的应用前景。综上,叶绿素荧光的主动与被动联合观测对于揭示各尺度上荧光与光合作用之间的关联机制,改善全球尺度植被生产力模型至关重要。 展开更多
关键词 总初级生产力 星基日光诱导叶绿素荧光 非光化学淬灭 陆地生物圈模型 能量分配 荧光光谱形状
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