文獻(xiàn)摘要： 
 

太陽誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒?(SIF) 已應(yīng)用于廣泛的生態(tài)研究，例如監(jiān)測和評估干旱、植被生產(chǎn)力和作物產(chǎn)量。 以往研究表明，SIF與總初級生產(chǎn)量（GPP）高度相關(guān)，但其與地上生物量（AGB）的相關(guān)性仍需進(jìn)一步探索。在本研究中，我們探討了 SIF 在監(jiān)測和評估氣候變化和氣象干旱對中國北方草原草地 AGB 變化影響方面的潛力。 通過研究軌道碳觀測站2 (OCO-2) SIF 與干旱指數(shù)之間的關(guān)系，我們評估了北部草原生產(chǎn)力對氣象干旱條件的響應(yīng)。結(jié)果表明，SIF對氣象干旱非常敏感，可以捕捉到干旱事件和不同草地類型的草地生長動態(tài)。 SIF、干旱指數(shù)和AGB之間的相關(guān)性因草地類型而異。梯度提升決策樹（GBDT）用于探索草地生態(tài)系統(tǒng)中SIF與影響變量之間的關(guān)系。 我們發(fā)現(xiàn)氣候因素（例如，年平均生長季降水量、年平均生長季溫度和年平均蒸汽壓虧缺）和人類活動（例如，放牧強度）顯著影響草地生產(chǎn)力的年際變化。研究結(jié)果表明，SIF 變化可以反映中國北方草原植被生長的季節(jié)性動態(tài)。因此，SIF可以作為評估陸地生態(tài)系統(tǒng)模型在模擬該地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力方面表現(xiàn)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。 SIF 對干旱的高度敏感性表明它是監(jiān)測和評估干旱事件的有用工具。

文獻(xiàn)監(jiān)測方案:
 

研究區(qū)位于中國北方草原，包括內(nèi)蒙古自治區(qū)、甘肅省、寧夏回族自治區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū)、青海省和西藏自治區(qū)。

1、利用OCO-2 進(jìn)行SIF觀測

OCO-2 是第一顆覆蓋區(qū)域更小的 SIF 衛(wèi)星（1.3km×2.25km），為研究總初級生產(chǎn)（GPP）和 SIF 之間的關(guān)系以及不同生態(tài)系統(tǒng)尺度的植被功能梯度之間的關(guān)系提供了新的手段。

基于離散OCO-2 SIF探測、中分辨率成像光譜儀（MODIS）和氣象再分析數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動方法開發(fā)SIF模型。選擇 SIF 和解釋變量，包括增強植被指數(shù) (EVI)、fPAR、蒸氣壓虧缺 (VPD) 和氣溫，構(gòu)成數(shù)據(jù)集并開發(fā)預(yù)測 SIF 模型。最后，使用 Cubist 回歸樹模型，預(yù)測模型用于估計 0.05°×0.05° 網(wǎng)格單元和 8 天間隔的全局 SIF。 本研究利用2001-2015年的GOSIF數(shù)據(jù)，以0.05°的空間分辨率探討SIF與干旱指數(shù)以及SIF與AGB的關(guān)系。

2、草原AGB數(shù)據(jù)集

數(shù)據(jù)來自AVHRR儀器(傳感器1、7、9、14和16-19)，校準(zhǔn)后進(jìn)行輻射校正、云去除、壞線去除、大氣校正等。最大值組合(MVC)方法將雙月數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為月度NDVI，將月度NDIV轉(zhuǎn)換為年度NDVI。利用野外觀測AGB數(shù)據(jù)和時間序列年NDVI數(shù)據(jù)，建立了中國北溫帶地區(qū)和青藏高原年草地AGB的估算模型。此外，利用AGB估算模型繪制了草地AGB數(shù)據(jù)。在本研究中，首先將AGB數(shù)據(jù)集重采樣到0.05°空間分辨率。利用2001 - 2015年的數(shù)據(jù)，分析了SIF與AGB的關(guān)系以及氣候變化對草地AGB的影響。

3、干旱指數(shù)

本研究利用Anusplin 4.3計算了各氣象站的PDSI和SPEI(1、2、3、4、5、6、7、9和12個月時間尺度)，并將其插值到0.05°空間分辨率。以SPEI為參考數(shù)據(jù)，識別氣象干旱事件，分析氣象干旱對中國北方草原的影響。

主要研究結(jié)果：
 

圖1：SIF 和 TVDI (a) 以及 SIF 和 PDSI (c) 之間相關(guān)系數(shù) (r 值) 的空間分布。 不同草地類型的 SIF 和 TVDI (b) 以及 SIF 和 PDSI (d) 之間的修正值（r 值）。

圖2：年度時間尺度上 SIF 和 AGB 之間 r 值的空間分布。 不同草地類型的 SIF 和 AGB (f) 之間的校正值 (r 值)。

可見SIF為監(jiān)測和評估草地動態(tài)和干旱事件提供了一種有用的方法。此外，SIF還可作為評價陸地生態(tài)系統(tǒng)模型在季節(jié)和年度尺度上估算生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

OCO-2 SIF產(chǎn)品原理上屬于葉綠素?zé)晒獗粍佑^測，優(yōu)勢主要體現(xiàn)在無源遙感平臺上,  可以進(jìn)行大面積地表植被生理監(jiān)測。但是無法同時獲得與熱耗散、光合作用等相關(guān)的熒光參數(shù), 這使得利用被動熒光探究植被能量分配方式以及直接與GPP建立關(guān)聯(lián)存在挑戰(zhàn)性。

主動與被動聯(lián)合觀測能夠獲得一整套葉片尺度光合、熒光、熱耗散的參數(shù),  可以為衛(wèi)星SIF觀測值提供可靠的機理解釋。

有助于將能量分配研究擴展到區(qū)域甚至全球尺度,  為建立更穩(wěn)健的熒光光合模型以及估算全球植被生產(chǎn)力提供理論基礎(chǔ)。通過葉綠素?zé)晒庵鲃优c被動聯(lián)合觀測,  有助于理解區(qū)域以及全球尺度SIF信號與光合、熱耗散之間的關(guān)系。

同時，衛(wèi)星SIF產(chǎn)品的真實有效性需要主動觀測設(shè)備獲得數(shù)據(jù)的支持驗證。

PSP32日光暗適應(yīng)葉綠素?zé)晒鉁y量系統(tǒng)就是一款主動式PAM熒光儀，可以測量光適應(yīng)測量參數(shù)Y(II)、ETR、Fs，暗適應(yīng)測量參數(shù)Fv/Fm、Fo、Fm、Fv，熒光淬滅參數(shù)Y(NPQ)、Y(NO)、NPQ、qL、qN、qP、淬滅弛豫參數(shù)qE、qM、qT、qI，以及光響應(yīng)曲線參數(shù)rETRmax、Ik和Im。

該系統(tǒng)可以田間自動測量，一次可以同時測量32個樣品。葉綠素?zé)晒馓筋^配備創(chuàng)新性的暗適應(yīng)模塊，實現(xiàn)日光下自動暗適應(yīng)，替換暗適應(yīng)葉夾、錫箔紙，方便在白天同時對植物自動進(jìn)行暗適應(yīng)測量。

在線式監(jiān)測葉綠素絕對含量（mg/m²）、冠層光譜NDVI、NDRE（歸一化紅邊植被指數(shù)）、PPR（植物色素比率指數(shù)）和CCCI（冠層葉綠素含量指數(shù)），評估植物抗旱性、植物氮含量、營養(yǎng)脅迫、病害脅迫。精確測量非光化學(xué)淬滅NPQ弛豫組分：葉黃素循環(huán)（qE）、葉綠體遷移(qM)、光抑制（qI）、狀態(tài)轉(zhuǎn)換（qT）用于評估環(huán)境脅迫條件下植物內(nèi)在的生理調(diào)節(jié)能力，如耐干旱、耐高溫、耐寒冷、耐鹽堿能力。