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SIF,LAI,NDVI,NIRv,PRI

2023-04-24 15:05 作者:-往事暗沉不可追-  | 我要投稿

本来想尝试写博客的,试了博客园,只是界面还是过于复杂,一上手感觉是为了写博客而写博客。而我理想的博客只是记录一下自己学习时遇到的问题,并不想接受过多外界信息。也有考虑就写在Word里,保存在云空间,但是怕以后都积累在一篇word里,难以查找回顾。而至于搭建自己博客,对搭建和维护都不太了解,所以先暂时用B站记录吧,或许暑假会学习弄一个最简单的静态博客。

双碳的实现,在减排之外,目前最重要的手段就是提高植被的固碳能力,即净初级生产力——NPP,一般也可以用总初级生产力——GPP表征。

通过对特定波段遥感数据计算,可以获取植被覆盖、植被生化性质、植被结构等信息。

冠层结构:叶片数量及其分布情况

一,这些信息可以用作光合作用模型的动态输入。

二,一些遥感植被参数,如日光诱导叶绿素荧光(sun-induced chlorophyll fluorescence,SIF),可直接对植被的光合作用进行直接监测。

植被遥感手段

  1. SIF: 日光诱导叶绿素荧光,是植物在太阳光照条件下,由光合中心发射出的光谱信号(650~800 nm),具有红光(685 nm左右)和远红外(740 nm左右)两个波峰,能直接反映植物实际光合作用的动态变化实现作物病害的遥感监测。被认为是近年来遥感估算GPP研究领域最大的突破。SIF为自然条件下的光合作用研究提供了前所未有的机会。

    植物叶绿体在进行光合作用时,所吸收的光能,有一部分会以荧光的形式散发出去。产生的荧光总量,是了解光合速率的直接数据。遥感SIF被视为近年来遥感估算碳吸收的最重要的突破,被迅速应用于大尺度植被光合作用计算。无论是单株植被冠层观测,生态系统长时间连续观测,还是全球卫星遥感产品,SIF均显示出与GPP良好的相关关系,且优于其他植被指数。随着无人机(SUV)发展,航空 SIF 成本会进一步降低,长时间航空 SIF 观测成为可能。

    为什么SIF是测量大尺度GPP的利器:

    一,SIF信号直接产生于植被光合作用过程中,更为直接,与GPP之间的关系有着明确的植被生理学基础。比如,对于常绿植被,植被指数在生长季和非生长季的区别很小,GPP则有着明显的季节动态变化--在冬季常绿植被基本上不进行光合作用,而SIF依然保持与GPP一样的季节变化趋势。

    二,SIF是有物理意义的能量值(mW/m2/nm/sr),这意味着SIF受到基本物理定律的限制,这保证了SIF观测的统一性。可以通过控制实验等传统方法对SIF开展研究。而植被指数往往是不同波段的经验组合,无法从物理角度对其进行解释,且植被指数一般没有单位,难以进行量纲分析。

    三,不同于涡度相关系统,SIF是这一种光谱数据,与卫星的光谱传感器数据结合更容易。进而可以进行更大尺度的GPP观测。

  2. LAI:叶面积指数,叶片的疏密程度。是影响冠层吸收光合有效辐射能力的关键因子,某种程度上决定了冠层的光合作用能力,进而影响生态系统碳循环。

    站点尺度——叶面积指数仪测量;更大尺度——遥感反演获取。

    对常绿植被,LAI年际波动小,不能捕捉植被光和动态。是个结构量,难直接用于GPP计算。

  3. NDVI:归一化植被指数,利用植物在红光波段强吸收,近红外强反射。

    叶绿素含量高,吸收更多红光波段能量;

    生物量更多,散射/反射更多红外辐射。

    NDVI通过差分突出植被信号,抑制土壤信号。

    优点:与叶片叶绿素含量之间存在良好相关关系,可用于植被密度参数估算(如LAI,植物吸收的光和有效辐射比例FPAR)

    不足与解决方法:高植被覆盖度下存在饱和问题——改进NDVI算法,增强植被指数EVI。   不能真实反映植被光和作用动态——Badgley提出的NIRv。

  4. NIRv:陆地植被的近红外反射率,

    同样存在高值区饱和问题,年际变化小,无法表示常绿植被光合特性

  5. PRI:光化学反射植被指数(PRI)是一种窄波段植被指数,通过下面公式进行计算:图1

    光反应吸收的能量有三种可能的去向,包括光化学、荧光和热耗散。热耗散是通过叶黄素的状态转换实现的,叶黄素的变化会引起531nm和570nm处反射率的变化,所以PRI是热耗散良好的指示因子。由于荧光在植被吸收能量分配中占比很小,所以光化学和热耗散之间具有竞争关系,即PRI与光化学呈反比关系。因此PRI被广泛应用于光合作用模型(如光能利用率LUE模型),并被证明与LUE的良好相关关系。然而,PRI与LUE的关系受到多种色素含量的影响,且其关系在生态系统尺度不稳定,这些缺点限制了PRI的使用。

图1


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