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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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高温干旱复合胁迫下冬小麦叶片和冠层尺度SIF与光合作用的关联变化特征研究
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作者 王超 李萌 +3 位作者 褚荣浩 商东耀 成林 薛昌颖 《麦类作物学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1029-1040,共12页
为探究高温干旱复合胁迫下叶片和冠层尺度日光诱导叶绿素荧光(solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)与植物光合作用的关系,开展冬小麦高温干旱复合胁迫田间试验,共设置三种水分条件[严重干旱(50%~60%田间持水量)、轻度干旱(65%~... 为探究高温干旱复合胁迫下叶片和冠层尺度日光诱导叶绿素荧光(solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)与植物光合作用的关系,开展冬小麦高温干旱复合胁迫田间试验,共设置三种水分条件[严重干旱(50%~60%田间持水量)、轻度干旱(65%~75%田间持水量)和正常供水对照组(80%~90%田间持水量)]和三个温度水平(半包式增温、全包式增温和大田环境温度对照组),分析不同胁迫处理下冠层和叶片尺度SIF、冠层总初级生产力(gross primary productivity,GPP)和叶片净光合速率(net photosynthetic rate,P_(n))的日变化和季节变化特征,探讨小麦叶片SIF与P_(n)和冠层SIF与GPP之间的关联性。结果表明,高温干旱复合胁迫下日尺度和季节尺度叶片和冠层SIF总体均呈现出单峰型变化特征,季节尺度冠层SIF对干旱胁迫的响应比叶片SIF明显,且高温干旱复合胁迫对叶片和冠层SIF的影响均大于单一高温或干旱胁迫。P_(n)和GPP总体分别呈现出双峰型和单峰型变化特征。高温干旱复合胁迫下叶片SIF与P_(n)的相关性(R^(2)=0.42)小于冠层SIF与GPP的相关性(R^(2)=0.52),随着单一胁迫的增强,二者之间的相关性逐渐降低,且干旱胁迫对二者关系以及P_(n)和GPP的影响均大于高温胁迫。此外,环境变量中温度对SIF与P_(n)关系的影响最大,其次是饱和水汽压差(vapor pressure deficit,VPD),光合有效辐射(photosynthetic active radiation,PAR)影响最小,且SIF与P_(n)之间的相关性随温度的增加逐渐降低,随VPD的增大先降后升,随PAR的增加先升后降。高温干旱复合胁迫下冠层和叶片SIF大小与植物光合作用强弱有一定关联性,并受环境变量影响。 展开更多
关键词 冬小麦 日光诱导叶绿素荧光 叶片净光合速率 GPP 日尺度 季节尺度
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基于红光波段日光诱导叶绿素荧光逃逸率的小麦条锈病遥感监测
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作者 竞霞 张震华 +3 位作者 叶启星 张二妮 赵佳琪 陈兵 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第17期179-187,共9页
小麦条锈病是影响小麦产量的主要病害之一,及时探测到病害信息对小麦条锈病的防控具有重要意义。红光波段日光诱导叶绿素荧光(red solar-induced chlorophyll fluorescence,RSIF)能够敏感反映植物光合生理状态,SIF逃逸率与冠层几何结构... 小麦条锈病是影响小麦产量的主要病害之一,及时探测到病害信息对小麦条锈病的防控具有重要意义。红光波段日光诱导叶绿素荧光(red solar-induced chlorophyll fluorescence,RSIF)能够敏感反映植物光合生理状态,SIF逃逸率与冠层几何结构、叶片光学特性和植被光能利用率密切相关。为实现小麦条锈病及时准确的探测,该研究基于SIF逃逸率函数计算方式,利用野外实测数据计算不同尺度SIF(冠层尺度SIFCanopy、光系统尺度SIFPS)及其逃逸率(εCP),分析了RSIF逃逸率(RεCP)监测小麦条锈病的生理基础,探讨了条锈病胁迫下RεCP的响应特性,并将其与SIF及其衍生参数(荧光产率ФF、表观SIF产量SIFy)、归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、MERIS陆地叶绿素指数(MERIS terrestrial chlorophyll index,MTCI)、简单比值植被指数(simple ratio vegetation index,SR)进行比较。结果表明:RεCP与氮平衡指数(nitrogen balance index,NBI)、叶绿素(chlorophyll,Chl)、类黄酮(flavonoid,Flav)和花青素(anthocyanin,Anth)4个生理参数的相关性均达到了极显著性水平,且优于光系统尺度RSIF和远红光波段SIF(far-red solar-induced chlorophyll fluorescence,FRSIF),与叶面积指数(leaf area index,LAI)的相关性则优于冠层尺度FRSIF,RεCP能够更好地反映病害胁迫引起的作物生理和冠层结构的变化。在冠层尺度FRSIF(FRSIFCanopy)、光系统尺度FRSIF(FRSIFPS)和RSIF(RSIFPS)、红光波段表观SIF产量(RSIFy)及其荧光产率(RФF)、NDVI、MTCI、SR等特征变量中,RεCP与病情严重度(severity level,DSL)的相关性最高。低叶绿素含量(Chl≤30)和中高叶绿素含量(Chl>30)下,RεCP对小麦条锈病胁迫的响应均最为敏感,其与DSL的相关性均优于达到极显著性水平的SIF及其衍生参数和植被指数。RεCP是小麦条锈病遥感监测的适宜因子,研究结果对提高小麦条锈病的遥感监测精度具有重要意义,同时亦对其他作物胁迫的遥感监测具有一定的参考价值。 展开更多
关键词 植被 指数 日光诱导叶绿素荧光 红光波段 逃逸率 光合生理 小麦条锈病
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陆地生态系统碳监测卫星系统设计与技术创新 被引量:1
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作者 曹海翊 张新伟 +3 位作者 黄缙 贺涛 毛一岚 卢清荣 《中国空间科学技术》 CSCD 北大核心 2023年第6期112-124,共13页
由国家民用空间基础设施支持的陆地生态系统碳监测卫星“句芒号”瞄准森林碳汇储量评估的需求,配置了多波束激光雷达、多角度多光谱相机、超光谱探测仪和多角度偏振成像仪等4个载荷。卫星采用主被动遥感相结合的体制,综合运用激光、多... 由国家民用空间基础设施支持的陆地生态系统碳监测卫星“句芒号”瞄准森林碳汇储量评估的需求,配置了多波束激光雷达、多角度多光谱相机、超光谱探测仪和多角度偏振成像仪等4个载荷。卫星采用主被动遥感相结合的体制,综合运用激光、多角度、多光谱、超光谱、偏振等遥感手段,可实现植被生物量、叶绿素荧光、气溶胶分布的高精度定量测量。通过在轨定标和真实性检验,发布了包括森林树高、生物量、叶绿素荧光等反演产品。目前该卫星处于在轨测试阶段,预期在地面坡度小于5°的区域,树高测量精度优于1.5 m,区域尺度的生物量反演精度优于85%。该卫星将在碳汇储量监测、生态资源详查、国家重大生态工程监测评价等方向上提供遥感监测服务,为“碳达峰、碳中和”战略发挥遥感力量。 展开更多
关键词 陆地生态系统碳监测卫星 句芒号 森林碳汇 生物量 叶绿素荧光
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基于叶绿素荧光遥感的长江流域植被生产力时空变化及其气候驱动因素
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作者 聂冲 陈星安 +4 位作者 杨鹊平 朱延忠 徐睿 邓陈宁 周娟 《环境科学研究》 CAS CSCD 北大核心 2023年第11期2200-2209,共10页
植被生产力反映了陆地生态系统通过光合作用固定的有机碳量.长江流域在我国经济社会发展和生态环境保护中占有重要的战略地位.然而,由于区域尺度植被生产力估算不够精准,导致了目前长江流域植被生产力现状及演变规律不清、关键驱动因子... 植被生产力反映了陆地生态系统通过光合作用固定的有机碳量.长江流域在我国经济社会发展和生态环境保护中占有重要的战略地位.然而,由于区域尺度植被生产力估算不够精准,导致了目前长江流域植被生产力现状及演变规律不清、关键驱动因子研究不充分的问题.本研究选取最新的日光诱导叶绿素荧光(solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)数据来表征长江流域植被生产力,基于全球陆地数据同化系统(GLDAS v.5)数据集,采用偏最小二乘回归方法,系统辨识了长江流域SIF的时空演变规律,解析了SIF对降水、温度、净辐射变化的响应规律.结果表明:①2001−2020年,长江流域SIF年均值为(0.25±0.08)mW/(m^(2)·nm·sr),SIF随着纬度的增加呈现显著减少的趋势,随着经度的增加呈现先增加后减少的趋势,汉江流域、鄱阳湖流域、洞庭湖流域SIF均相对较高,金沙江石鼓以上流域和金沙江石鼓以下流域SIF均相对较低.②2001−2020年长江流域SIF有显著增加的趋势,增加速率为0.002 mW/(m^(2)·nm·sr·a),乌江流域、宜宾至宜昌段长江干流区间和鄱阳湖流域的SIF增长率均较高,30.34%的金沙江石鼓以上流域和47.21%的太湖流域SIF存在减少趋势.③降水、温度和净辐射对长江流域SIF变化的贡献度分别为16.41%±9.59%、49.29%±10.79%和34.30%±14.99%.研究显示,2001−2020年长江流域植被生产力有显著增加的趋势,温度对长江流域植被生产力变化起着主导作用.本研究可提高对长江流域植被气候变化适应性的认识,研究成果可为长江流域增汇减排政策的制定及碳中和目标的实现提供科技支撑. 展开更多
关键词 长江流域 植被生产力 日光诱导叶绿素荧光(sif)
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基于不同叶位日光诱导叶绿素荧光信息的水稻叶瘟病早期监测
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作者 程宇馨 薛博文 +7 位作者 孔媛媛 姚东良 田龙 王雪 姚霞 朱艳 曹卫星 程涛 《智慧农业(中英文)》 CSCD 2023年第3期35-48,共14页
[目的/意义]基于遥感手段的稻叶瘟(Rice Leaf Blast,RLB)无损早期监测对于抗性育种和植保防控具有重要作用。目前对稻瘟病的研究多使用反射光谱在其显症阶段进行监测,针对稻叶瘟早期侵染阶段的日光诱导叶绿素荧光(Solar-Induced Chlorop... [目的/意义]基于遥感手段的稻叶瘟(Rice Leaf Blast,RLB)无损早期监测对于抗性育种和植保防控具有重要作用。目前对稻瘟病的研究多使用反射光谱在其显症阶段进行监测,针对稻叶瘟早期侵染阶段的日光诱导叶绿素荧光(Solar-Induced Chlorophyll Fluorescence,SIF)光谱监测研究尚未见报道。本研究的目的是基于不同叶位的日光诱导叶绿素荧光信息,实现水稻叶瘟病早期阶段感病叶片的准确识别。[方法]基于一年的温室接种试验和大田采样实验,配合使用主动光源、ASD(Analytical Spectral Devices)地物光谱仪和FluoWat叶片夹,获取了拔节期和抽穗期水稻植株顶1至顶4叶位的叶片SIF光谱,并人工标注了被测样本的发病等级。研究基于连续小波分析(Continue Wavelet Analysis,CWA)提取对稻叶瘟敏感的小波特征,比较了不同叶位敏感特征及其感病叶片识别精度,最后基于线性判别分析(Linear Discriminant Analysis,LDA)算法构建了稻叶瘟识别模型。[结果和讨论]各叶位感病叶片远红光区域的上行和下行SIF均显著高于健康叶片;基于SIF小波特征的感病叶片识别精度显著高于原始SIF波段,顶1叶的稻瘟病识别精度显著高于其他三个叶位,其识别精度最高可达70%;提取的适用于多叶位的共性敏感小波特征↑WF832,3和↓WF809,3在顶1至顶4叶的精度分别达到69.45%、62.19%、60.35%、63.00%和69.98%、62.78%、60.51%、61.30%。[结论]本研究揭示了稻瘟病胁迫下水稻叶片SIF光谱响应规律,提取了对稻叶瘟敏感的SIF小波特征,结果证明了连续小波分析和SIF技术用于诊断稻叶瘟的潜力,为实现稻瘟病的田间早期、快速、原位诊断提供了重要参考与技术支撑。 展开更多
关键词 稻瘟病 日光诱导叶绿素荧光 连续小波光谱分析 叶位 早期病害监测
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基于日光诱导叶绿素荧光探测植被光合对气象干旱的响应
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作者 齐晓雯 苗晨 王鹤松 《中国农业气象》 CSCD 北大核心 2023年第2期133-143,共11页
干旱是世界范围内最常见、最复杂的气象灾害,一定程度上会削弱陆地生态系统的碳汇功能。开展植被对干旱响应的研究并选择敏感的干旱探测因子,有助于掌握干旱对植被的影响规律、理解植被对干旱胁迫的响应过程和机理。本研究以日光诱导叶... 干旱是世界范围内最常见、最复杂的气象灾害,一定程度上会削弱陆地生态系统的碳汇功能。开展植被对干旱响应的研究并选择敏感的干旱探测因子,有助于掌握干旱对植被的影响规律、理解植被对干旱胁迫的响应过程和机理。本研究以日光诱导叶绿素荧光(SIF)数据和标准化降水蒸散发指数(SPEI)为基础,利用最大相关系数法分析中国区域内2000-2018年生长季植被光合对气象干旱的响应,比较不同干旱梯度、不同植被对干旱响应的敏感性以及SPEI响应时间尺度的变化特征。结果表明:(1)SIF与SPEI具有很好的相关性,显著正相关的面积达到75.05%,主要分布在东北、西南和青藏高原地区,且大部分地区对SPEI的响应时间尺度以中短期为主。(2)SIF在春季对SPEI显著相关的区域占比最少,夏季达到最高,秋季又略有下降。对干旱响应的时间尺度在春季以短期为主,而夏季响应时间尺度长的区域较春季有所增加。(3)半干旱区对干旱的敏感性最强,干旱区最弱,不同气候区对干旱的响应时间尺度均以短期为主。(4)研究所选植被类型均能较早地对干旱做出响应,其中,草地对干旱最敏感,林地和农田相对较弱,阔叶林比针叶林对干旱更敏感。研究结果表明在不同干旱梯度和不同植被类型下SIF均能快速反映环境胁迫对植被光合作用的影响。 展开更多
关键词 日光诱导叶绿素荧光 气象干旱 标准化降水蒸散发指数 植被对干旱的响应
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陆地生态系统碳监测卫星日光诱导叶绿素荧光超光谱探测仪设计与验证 被引量:2
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作者 王伟刚 胡斌 +13 位作者 杜国军 段鹏飞 井亚舟 李碧岑 柯君玉 郭永祥 夏晨晖 安宁 崔程光 李云飞 崔博伦 伏瑞敏 毛一岚 LIU Yuxiang 《航天返回与遥感》 CSCD 北大核心 2022年第6期68-78,共11页
日光诱导叶绿素荧光超光谱探测仪(简称超光谱探测仪)是陆地生态系统碳监测卫星“句(gōu)芒号”四个有效载荷之一。超光谱探测仪是国际上首台专门设计探测太阳诱导植被荧光载荷,光谱范围670nm~780nm,光谱分辨率0.3nm,对地观测幅宽34km... 日光诱导叶绿素荧光超光谱探测仪(简称超光谱探测仪)是陆地生态系统碳监测卫星“句(gōu)芒号”四个有效载荷之一。超光谱探测仪是国际上首台专门设计探测太阳诱导植被荧光载荷,光谱范围670nm~780nm,光谱分辨率0.3nm,对地观测幅宽34km。为了保证探测精度,探测仪要求在10mW·m^(-2)·sr^(-1)·nm^(-1)输入光谱辐亮度下信噪比大于200。针对高精度定量化探测需求,国内首次采用高稳定双焦距望远光学系统设计,实现了光学系统的公差比传统设计低4倍,采用高性能AD量化器件和电路抑制设计实现513.1高信噪比,采用高稳定漫反射板(Quasi Volume Diffuser,QVD),实现在轨高稳定性能监测,采用间接控温实现0.08℃精密控温。文章给出了探测仪设计与实验室验证情况,并给出了外场试验结果和在轨初步反演结果。 展开更多
关键词 日光诱导叶绿素荧光 光栅成像光谱仪 设计与验证 超光谱 陆地生态系统碳监测卫星
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太阳诱导叶绿素荧光卫星遥感技术研究进展 被引量:5
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作者 仝迟鸣 鲍云飞 +1 位作者 黄巧林 王钰 《航天返回与遥感》 CSCD 北大核心 2022年第2期45-55,共11页
陆地植被生态系统碳汇能力的定量评估对更好的理解全球碳循环,实现碳达峰、碳中和目标至关重要。卫星反演的太阳诱导叶绿素荧光(SIF)作为一种快速、直接、非侵入性的植被光合性能指标应用日益广泛,为估算区域到全球尺度陆地植被生态系... 陆地植被生态系统碳汇能力的定量评估对更好的理解全球碳循环,实现碳达峰、碳中和目标至关重要。卫星反演的太阳诱导叶绿素荧光(SIF)作为一种快速、直接、非侵入性的植被光合性能指标应用日益广泛,为估算区域到全球尺度陆地植被生态系统的碳汇水平提供了一种新的光学手段。文章首先回顾了用于卫星SIF反演的传感器及其反演SIF产品的特点;其次,综述了卫星SIF在陆地植被生态系统碳汇监测中的研究进展;最后,针对陆地碳循环遥感的应用需求,讨论分析了未来卫星SIF遥感发展的难点与重点。文章对卫星SIF遥感在陆地植被生态系统碳汇监测中的应用分析,可为生态系统碳源/汇管理、气候预测和卫星研制提供一定参考。 展开更多
关键词 总初级生产力 太阳诱导叶绿素荧光 碳循环 卫星遥感
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利用日光诱导叶绿素荧光估算高温干旱复合胁迫下夏玉米生理生态参数 被引量:5
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作者 倪锋 谢鹏飞 +4 位作者 褚荣浩 李萌 沙修竹 彭金龙 申双和 《江苏农业学报》 CSCD 北大核心 2022年第3期587-596,共10页
高温和干旱会对农业生产活动及陆地生态系统产生严重威胁,并最终对经济和社会发展产生不利影响。本研究以夏玉米为研究对象,开展高温干旱复合胁迫田间试验,首先对比分析各胁迫处理下夏玉米形态和生理生态响应特征,之后引入日光诱导叶绿... 高温和干旱会对农业生产活动及陆地生态系统产生严重威胁,并最终对经济和社会发展产生不利影响。本研究以夏玉米为研究对象,开展高温干旱复合胁迫田间试验,首先对比分析各胁迫处理下夏玉米形态和生理生态响应特征,之后引入日光诱导叶绿素荧光(SIF),探究各胁迫处理下夏玉米冠层SIF值日变化和不同生育阶段变化特征,最终揭示SIF值与生理生态参数之间的关联性。结果表明,高温、干旱以及高温干旱复合胁迫均会抑制夏玉米株高和叶面积,造成产量下降。在生理生态参数方面,各胁迫处理下夏玉米叶片含水量(LWC)和叶绿素含量的变化规律基本一致,随各胁迫程度的加重总体均呈现逐渐下降趋势。夏玉米冠层SIF值在日尺度上呈现“单峰”型变化特征,在不同生育阶段呈现逐渐下降趋势。基于2/3的冠层SIF值与对应LWC、叶绿素含量之间构建的线性模型的R^(2)值分别为0.837和0.509(P<0.05);且基于上述线性模型和1/3的冠层SIF值估算的LWC和叶绿素含量估算值与实测值之间拟合的R^(2)值分别为0.827和0.726(P<0.05),验证了利用SIF值估算高温干旱复合胁迫下夏玉米生理生态参数(LWC和叶绿素含量)的可靠性。 展开更多
关键词 夏玉米 高温干旱复合胁迫 生理生态参数 日光诱导叶绿素荧光(sif)
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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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基于日光诱导叶绿素荧光的东北地区植被物候时空特征及其对气候的响应 被引量:1
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作者 周玉科 张瑞欣 +1 位作者 孙文彬 张树辉 《遥感技术与应用》 CSCD 北大核心 2024年第1期185-197,共13页
植被物候是监测陆地生态系统和全球气候变化的重要生物指标。基于经典遥感植被指数的陆表物候监测在不同植被类型的精确分析方面存在较大挑战,日光诱导叶绿素荧光(SIF)可以直接反映植被实际光合作用的动态变化,能够更精确地刻画出植被... 植被物候是监测陆地生态系统和全球气候变化的重要生物指标。基于经典遥感植被指数的陆表物候监测在不同植被类型的精确分析方面存在较大挑战,日光诱导叶绿素荧光(SIF)可以直接反映植被实际光合作用的动态变化,能够更精确地刻画出植被的年际变异。本研究基于2001~2020年GOSIF数据集,通过D-L拟合函数和动态阈值法提取东北地区植被物候参数,结合一元线性回归分析、稳定性和持续性分析,在多时空尺度下分析2001~2020年东北地区植被物候的时空演变特征,并探讨植被物候对气候变化的响应机制。结果表明:(1)植被生长季开始(Start of Season,SOS)、结束(EndofSeason,EOS)、生长季长度(LengthofSeason,LOS)和生长峰值(Position of Peak,POP)整体上分别呈现出提前、推迟、延长和提前趋势;(2)草丛SOS提前、EOS推迟趋势较为显著,针叶林EOS提前趋势显著;SOS提前、EOS推迟导致LOS延长,除针叶林外,所有植被类型LOS均呈现出延长趋势;除草丛和草原外,其余植被类型POP均呈提前趋势;(3)20年来植被SOS、EOS、LOS和POP变化较为稳定,变异系数均小于0.1;(4)大部分区域植被SOS、EOS、LOS和POP的H值介于0.35~0.5之间,说明其变化趋势与过去相反,将呈现微弱延迟、提前、缩短和延长的趋势;(5)整体上气温和降水对植被物候的影响机制相反,即气温升高(降水增加)导致SOS和POP提前(推迟)、EOS推迟(提前)以及LOS延长(缩短);相对湿度与植被物候参数均呈负相关关系。本研究结果有助于理解植被进行光合作用的时空格局变化及对气候变化的响应机制,也为东北地区生态环境的评估和管理提供参考。 展开更多
关键词 中国东北 植被物候 叶绿素荧光 气候变化 生长季
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数据驱动SIF反演算法在塔基观测中的应用效果评价
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作者 鄢列慎 刘新杰 +3 位作者 陈冀岱 邹楚 杜凯奇 刘良云 《遥感技术与应用》 CSCD 北大核心 2023年第4期924-934,共11页
日光诱导叶绿素荧光(Solar-Induced Chlorophyll Fluorescence,SIF)与植被光合作用关系密切,能够揭示植被真实生理状况,准确获取SIF信息对陆地生态碳循环和全球植被监测具有重要意义。以3FLD算法的SIF反演结果和NIRvR为参考,开展了基于... 日光诱导叶绿素荧光(Solar-Induced Chlorophyll Fluorescence,SIF)与植被光合作用关系密切,能够揭示植被真实生理状况,准确获取SIF信息对陆地生态碳循环和全球植被监测具有重要意义。以3FLD算法的SIF反演结果和NIRvR为参考,开展了基于塔基平台的数据驱动SIF反演算法性能评价研究。首先利用塔基连续冠层光谱观测数据,分析了SVD算法在不同大气窗口的SIF反演效果;其次利用大气校正前后的实测数据,探究大气因素对SVD算法反演SIF的影响程度;最后,将实测数据按照光照条件区分,对比了天气稳定与天气波动条件下,基于SVD算法的SIF反演结果的稳定性。结果表明:(1)SVD算法在735~759 nm(不包含大气吸收波段)、745~780 nm(包含大气吸收波段)窗口的SIF反演精度较高;(2)SVD算法的SIF反演精度受大气影响远小于3FLD算法;(3)当光照条件剧烈变化时,使用SVD算法可以有效克服FLD类SIF反演算法对同步太阳光谱观测的依赖;即使光照迅速变化,基于SVD算法依旧能够得到稳定可靠的SIF反演结果。综上所述,SVD算法对于塔基SIF反演来说具有非常大的应用潜力。 展开更多
关键词 日光诱导叶绿素荧光(sif) 数据驱动算法 奇异值分解(SVD) 塔基光谱观测
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基于日光诱导叶绿素荧光的地理加权回归干旱监测模型
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作者 董恒 韩超然 +1 位作者 何思聪 韩江涛 《武汉理工大学学报》 CAS 北大核心 2020年第11期39-44,共6页
选择中国南方地区为研究区域,以土壤含水量为实际农业干旱情况的参考指标,以日光诱导叶绿素荧光(SIF)为主要变量,结合地表温度、降水因子等参数并引入地理加权回归(GWR)技术,建立基于多源数据的GWR农业干旱监测模型,并对模型的监测效果... 选择中国南方地区为研究区域,以土壤含水量为实际农业干旱情况的参考指标,以日光诱导叶绿素荧光(SIF)为主要变量,结合地表温度、降水因子等参数并引入地理加权回归(GWR)技术,建立基于多源数据的GWR农业干旱监测模型,并对模型的监测效果进行验证。结果表明,该模型能很好地估测土壤水分,且GWR模型比普通最小二乘法回归模型能更准确地体现旱情模式的空间非平稳特征。同时,GWR模型回归系数的多年均值可用于旱情预测,预测结果较为准确。对比使用SIF和归一化植被指数(NDVI)建立干旱监测模型,结果显示,SIF比NDVI更适合于拟合土壤水分含量,SIF有替代NDVI应用于大尺度范围农业旱情监测的潜力。 展开更多
关键词 干旱监测 日光诱导叶绿素荧光 地理加权回归 土壤水分 归一化植被指数 多源数据
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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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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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植被冠层日光诱导叶绿素荧光塔基自动观测方法及系统介绍 被引量:4
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作者 李朝晖 张永光 +3 位作者 张乾 吴云飞 张小康 章钊颖 《遥感学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第5期1152-1168,共17页
植物光合作用所提供的物质和能量是人类赖以生存的关键因素,而日光诱导叶绿素荧光SIF(SunInduced chlorophyll Fluorescence)是植物光合作用的副产品,与光合作用关系密切,深入研究SIF将对于更加深入理解光合作用机制有着重要的意义。目... 植物光合作用所提供的物质和能量是人类赖以生存的关键因素,而日光诱导叶绿素荧光SIF(SunInduced chlorophyll Fluorescence)是植物光合作用的副产品,与光合作用关系密切,深入研究SIF将对于更加深入理解光合作用机制有着重要的意义。目前,近地面植被冠层SIF遥感观测发展迅速,但不同SIF观测系统间差异较大。本文通过比较分析不同塔基SIF观测系统及其特征,归纳了塔基SIF观测方式和方法,提出了塔基SIF观测技术规范。塔基SIF观测主要有两台光谱仪和一台光谱仪结合光路切换开关的观测方法,可以采取双半球和半球—锥体两种观测方式。SIFprism系统是一种新的基于光学棱镜的SIF自动观测系统,本文介绍了SIFprism系统软硬件组成和光谱数据采集流程,并以SIFprism系统为例阐述了塔基观测系统光谱数据处理流程,分析了SIF反演过程可能存在的不确定性,最后对近地面SIF观测进行了展望。 展开更多
关键词 日光诱导叶绿素荧光sif 塔基sif观测 sifprism系统 观测规范 数据采集流程
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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
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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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日光诱导叶绿素荧光遥感及其在陆地生态系统监测中的应用 被引量:5
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作者 吴霖升 张永光 +2 位作者 章钊颖 张小康 吴云飞 《植物生态学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期1167-1199,共33页
日光诱导叶绿素荧光(SIF)是近十年来迅速发展的新型植被遥感技术,可以弥补以“绿度”为基础的植被指数等传统光学遥感观测的不足,为大尺度植被光合作用监测提供了新方法。随着塔基、无人机、机载和星载SIF观测技术的快速发展以及SIF机... 日光诱导叶绿素荧光(SIF)是近十年来迅速发展的新型植被遥感技术,可以弥补以“绿度”为基础的植被指数等传统光学遥感观测的不足,为大尺度植被光合作用监测提供了新方法。随着塔基、无人机、机载和星载SIF观测技术的快速发展以及SIF机理研究的推进,SIF遥感为陆地生态系统生理生化参数和生产力反演、非生物胁迫早期探测、光合物候提取和植被蒸腾作用监测等研究提供了重要技术支撑。该文首先系统阐述了SIF遥感的基本原理、观测技术和反演算法,进而回顾了SIF遥感在陆地生态系统监测中的应用现状,最后对天空地一体化SIF观测、SIF机理研究、新兴生态学应用等领域进行展望。 展开更多
关键词 日光诱导叶绿素荧光 陆地生态系统 光合作用 非生物胁迫 物候 蒸腾作用
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基于719 nm水汽吸收波段的日光诱导叶绿素荧光反演研究 被引量:2
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作者 刘鸥阳 刘良云 +2 位作者 胡姣婵 刘新杰 蒋金豹 《遥感技术与应用》 CSCD 北大核心 2019年第3期500-510,共11页
日光诱导叶绿素荧光(SIF)是一种植物光合作用直接探测新方法。目前O2-A和O2-B吸收线波段的叶绿素荧光填充效应被广泛应用于探测近红外(760 nm)和红光波段(687 nm)的植被冠层SIF信号。SIF光谱范围为650~800 nm,虽然水吸收波段(719 nm)介... 日光诱导叶绿素荧光(SIF)是一种植物光合作用直接探测新方法。目前O2-A和O2-B吸收线波段的叶绿素荧光填充效应被广泛应用于探测近红外(760 nm)和红光波段(687 nm)的植被冠层SIF信号。SIF光谱范围为650~800 nm,虽然水吸收波段(719 nm)介于叶绿素荧光发射峰值690 nm和740 nm之间,且具备较强的光谱吸收特征,但该水汽吸收光谱特征尚未应用于冠层SIF探测,因此,基于模型模拟和野外实验观测数据,使用夫琅禾费暗线SIF反演法,评价了基于719 nm波段水吸收波段的SIF反演潜力,其中野外光谱数据采用ASD FieldSpec Pro便携式地物光谱仪(3 nm分辨率)测量。首先,利用FLD、3FLD、iFLD等3种经典的SIF反演方法,检验和对比分析了719水汽吸收波段的SIF反演性能,结果表明使用水吸收线比使用O2-B吸收线表现更优,反演RMSE为0.154 W/m2/μm/sr。其次,定量计算了水汽和氧气吸收波段SIF反演的敏感度和不确定性,结果表明,719水汽吸收波段与O2-B吸收线相比,其吸收线内外的反射率和荧光比值估算误差对SIF反演误差的贡献更小,但是显大于比02-A波段。最后,利用野外多角度和日变化观测实验数据,检验和分析了三个大气吸收波段的SIF反演结果,发现719 nm水吸收波段的冠层SIF与O2-A和O2-B氧气吸收波段具有相似的角度变化和日变化特征,表现为后视和热点方向的SIF高、前视和暗点方向的SIF低,以及中午SIF高、早晚SIF低。研究表明利用719 nm波段的水汽吸收波段的光谱信息,可以准确反演近地面冠层SIF信号,研究结果为近地面冠层SIF观测提供了一个新的波段。 展开更多
关键词 日光诱导叶绿素荧光(sif) 夫琅和费暗线 高光谱 FluorMOD模型 大气水汽吸收 大气氧气吸收
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