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青藏高原晴天光合有效辐射光谱观测研究

高原气象 2024年

作者：盛敏措加旺姆王萌萌周毅普多旺拉瓜登顿诺桑西藏大学太阳紫外线实验室

光合有效辐射（Photosynthetically Active Radiation,PAR）光谱是可见光中植物敏感波段，可被植物吸收用于光合作用。地面PAR光谱的特征直接影响植物的生长发育、形态、生理代谢、产量和适应能力等。为了进一步认识PAR在西藏高海拔地... 详细信息

光合有效辐射（Photosynthetically Active Radiation,PAR）光谱是可见光中植物敏感波段，可被植物吸收用于光合作用。地面PAR光谱的特征直接影响植物的生长发育、形态、生理代谢、产量和适应能力等。为了进一步认识PAR在西藏高海拔地区分布特征，本文利用了国际高精度太阳光谱仪在2021-2022年期间对青藏高原珠峰、日喀则、拉萨和林芝地区晴天PAR光谱特征进行了实地观测。观测发现，青藏高原冬至和夏至期间PAR变化幅度较大，珠峰PAR单色辐射照度峰值夏至[1251 mW·（m2·nm）-1]-冬至[1935 mW·（m2·nm）-1]浮动差异高达684 mW·（m2·nm）-1，冬至珠峰PAR光谱积分值(309.86 W·m-2)比AM0标准光谱PAR积分值(530.67 W·m-2)低41.61%，比AM1.5标准光谱PAR积分值(429.83 W·m-2)低28%；夏至西藏珠峰、日喀则、拉萨当日正午时刻PAR光谱均超过AM1.5标准光谱，且接近AM0标准光谱。西藏日喀则春分和秋分晴天当地正午PAR光谱峰值分别为1699 mW·（m2·nm）-1和1696 mW·（m2·nm）-1，峰值基本相同，春分和秋分在西藏高原同一个观测点，由于其当地正午太阳高度角相同（如：日喀则均为59.84弧度），在其他影响光谱的因子相同的情况下PAR光谱特征基本相同。对比青藏高原与低海拔北京、安徽六安和河南濮阳地区的观测结果发现：冬至附近晴天（2021年11月20日），高海拔珠峰地区PAR光谱积分值(309.86 W·m-2)比低海拔安徽六安地区PAR积分值(264.4 W·m-2)高17.19%；夏至附近晴天（2021年6月3日），高海拔珠峰地区PAR光谱积分值(487.41 W·m-2)比低海拔北京地区PAR光谱积分值(394.15 W·m-2)高23.66%；秋分附近晴天（2021年9月19日），低海拔北京PAR光谱积分值(315.23 W·m-2)仅占高海拔珠峰地区PAR光谱积分值(442.49 W·m-2)的71.24%；春分附近晴天（2021年3月19日），高海拔日喀则地区PAR光谱积分值(413.34 W·m-2)比低海拔河南濮阳地区PAR光谱积分值(261.82 W·m-2)高64.75%。结果表明PAR光谱积分值与海拔正相关，海拔越高，积分值越大。此外，通过全年晴天PAR光谱的观测结果发现光谱辐射照度在时间上存在一定的时序变化特征。具体表现为冬至光谱辐射照度最低，随后光谱辐射照度逐日升高，次年经过春分在夏至达到最高值，夏至后光谱辐射照度逐日降低，经过秋分在冬至再次达到最低值，且春分与秋分光谱辐射照度特征基本相同。

关键词：西藏高原晴天光合有效辐射观测

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光合有效辐射及其传感器研究进展

农业工程学报 2023年第8期39卷 20-31页

作者：孙刚刘慧李丽高帅张全军黄文江刘良云柳钦火中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室北京100101 中国计量科学研究院北京100029 中国科学院地理科学与资源研究所生态系统网络观测与模拟重点实验室北京100101 中国科学院空天信息创新研究院数字地球重点实验室北京100094

植物利用约400~700nm波段的光驱动光合作用,但不同波长的光驱动效率不相同,而且随着植物类型及生长阶段的不同而变化。因此,准确获取被植物捕获并用于驱动光合作用的光辐射成为困扰科学家的难题。当前,光量子传感器被普遍接受并用于评... 详细信息

植物利用约400~700nm波段的光驱动光合作用,但不同波长的光驱动效率不相同,而且随着植物类型及生长阶段的不同而变化。因此,准确获取被植物捕获并用于驱动光合作用的光辐射成为困扰科学家的难题。当前,光量子传感器被普遍接受并用于评价光合作用潜力,可测量400~700nm波段的光量子通量密度或光量子通量,其光谱响应函数为直线。该文回顾了经典光合有效辐射(photosynthetically active radiation,PAR)定义的形成过程,介绍了PAR传感器的演化路径,讨论了PAR及其传感器的应用现状。由于测量对象及应用环境的多样化,PAR的定义仍然没有完全统一,且早期研究对光谱响应函数的度量不充分。随着当前人工光照明与植物生长发育相关研究的深入,发现植物光合作用吸收的光波长范围比400~700 nm要宽,不同的光谱能量分布(波长配比,能量配比)、光周期等对光合作用影响显著,并且很难将光辐射对光合作用的影响和光形态效应区分开,因此PAR的定义及其传感器的研发仍处于不断发展中。理想的PAR应该从植物光合作用的角度来定义,未来PAR传感器的光谱响应函数应与植物光合作用的能力曲线相一致,并能依据测量对象及应用需求而调整。与此相适应,未来PAR传感器应向用户可对光谱响应函数编程的方向发展。

关键词：遥感传感器光合作用光合有效辐射光子通量密度 PAR

融合高分一号、风云四号及葵花-8的光合有效辐射遥感方法及产品研究

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遥感学报 2023年第3期27卷 748-757页

作者：张海龙李丽辛晓洲闻建光王保清唐勇仲波吴善龙余珊珊柳钦火中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 中国科学技术大学软件学院合肥230051

光合有效辐射是植被生产力模型的重要输入参数,也是陆地生态系统模型及生物地化模型等的重要特征参量。目前的全球或区域尺度光合有效辐射产品在起伏地表情形的精度及可用性尚存在不足,高分系列卫星的发射,为高空间分辨率光合有效辐射... 详细信息

光合有效辐射是植被生产力模型的重要输入参数,也是陆地生态系统模型及生物地化模型等的重要特征参量。目前的全球或区域尺度光合有效辐射产品在起伏地表情形的精度及可用性尚存在不足,高分系列卫星的发射,为高空间分辨率光合有效辐射遥感产品反演提供了可能。本文结合高分一号卫星(GF-1)反演的地表反照率产品,气溶胶光学厚度产品,日本新一代静止卫星Himawari-8及国产风云四号卫星(FY-4)的云光学厚度产品及美国的SNPP卫星反演的气溶胶光学厚度产品(用于填补GF气溶胶产品的空值区),发展了一种基于参数化模型的光合有效辐射遥感反演方法。晴空条件下,主要考虑气溶胶和瑞利散射对光合有效辐射的衰减;云天情形,则主要考虑云光学厚度参数对入射辐射的影响,以球形粒子的Mie散射理论和平面平行大气辐射传输原理计算总透过率;针对起伏地表,分别计算地形对坡面入射角度的影响、对直接辐射的遮蔽以及对散射辐射的增强/衰减效应,从而得到高分卫星光合有效辐射遥感反演模型及产品。利用河北怀来试验站、西南大学柑研所及黑河流域地表过程综合观测网的连续观测数据对光合有效辐射产品进行了对比验证,其相关系数为0.87,平均偏差为1.56 W/m^(2),均方根误差为16.14 W/m^(2)。本算法所采用的云光学厚度输入数据的空间分辨率(5 km)及地表反照率分辨率(16 m)存在较大的空间尺度差异,可能会带来一定的误差。下一步拟利用GF-4卫星提供的50 m分辨率的大气参数,进一步提高GF光合有效辐射产品的时空精度,并针对产品开展更广泛深入的验证分析。

关键词： GF-1 FY-4 Himawari-8 光合有效辐射参数化模型高分遥感共性产品

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基于光合有效吸收的水稻穗生物量遥感估测

河南农业科学 2024年第6期53卷 154-161页

作者：张朝冉彭漪杨凯丽袁宁鸽黎远金刘小娟吴慧丽武汉大学遥感信息工程学院湖北武汉430079 西安机电信息技术研究所陕西西安710065 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室湖北武汉430079

受水稻抽穗后冠层几何和光谱特征复杂性的影响,基于传统植被指数的遥感方法难以对水稻稻穗的生物量进行精确估算。基于无人机平台获取的光合有效辐射区域吸收系数,通过分析水稻抽穗后对不同波段光合有效辐射吸收能力的变化,建立基于光... 详细信息

受水稻抽穗后冠层几何和光谱特征复杂性的影响,基于传统植被指数的遥感方法难以对水稻稻穗的生物量进行精确估算。基于无人机平台获取的光合有效辐射区域吸收系数,通过分析水稻抽穗后对不同波段光合有效辐射吸收能力的变化,建立基于光合有效吸收的穗生物量估测模型。结果表明,基于蓝红吸收差值指数建立的模型相较于传统的植被指数经验模型对穗生物量有更优的估算精度,对于2018年海南试验田获取的数据,该模型的决定系数(R2)为0.83,均方根误差(RMSE)为147.50 g/m^(2),变异系数(CV)为10.19%,跨年跨地测试的R^(2)为0.72,证明该模型具有良好的迁移能力。因此,基于光合有效吸收的穗生物量估测模型实现了稻穗生物量的遥感准确估测,有助于提升农作物大面积估产精度与估产效率。

关键词：水稻穗生物量无人机遥感光合有效辐射吸收系数

珠海凤凰山常绿阔叶林CO_(2)通量与光合有效辐射及气象因子的关系

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高原气象 2023年第3期42卷 795-808页

作者：郭仕侗韦志刚王欢北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室北京100875 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广东广州511458

为了探究珠海凤凰山常绿阔叶林CO_(2)通量与光合有效辐射的关系,提高用光合有效辐射和气象因子模拟CO_(2)通量的水平,本文根据华南地区干湿季特征和Monin-Obukhov大气稳定度参数ζ,对凤凰山陆气相互作用观测塔站2015年11月1日至2018年5... 详细信息

为了探究珠海凤凰山常绿阔叶林CO_(2)通量与光合有效辐射的关系,提高用光合有效辐射和气象因子模拟CO_(2)通量的水平,本文根据华南地区干湿季特征和Monin-Obukhov大气稳定度参数ζ,对凤凰山陆气相互作用观测塔站2015年11月1日至2018年5月4日间的通量、辐射和气象观测资料进行分类;分析了在干、湿季的不稳定(ζ0.1)三种大气稳定状态下,珠海凤凰山常绿阔叶林昼间CO_(2)通量与光合有效辐射的关系,以及冠层上方气温、相对湿度、饱和水汽压差和浅土层土壤含水量的年变化特征;在此基础上,利用偏最小二乘回归法确定CO_(2)通量变化的主要气象影响因子,并通过气象因子修正了CO_(2)通量和光合有效辐射的关系。结果表明:在干季和湿季不同稳定度下,CO_(2)通量与光合有效辐射之间存在一种非线性关系,随着光合有效辐射的不断增加,森林对CO_(2)的吸收能力先迅速增强,之后逐渐平缓;在线性方程、对数方程和Michaelis-Menten模型中,线性方程无法准确反映CO_(2)通量随光合有效辐射的变化趋势,当大气处于不稳定状态时对数方程的拟合效果较差,而在干、湿季三种大气稳定度类型下,Michaelis-Menten模型均可以更好地拟合出它们之间的关系。在气象因子的日平均变化中,气温呈现出常见的“湿季高,干季低”的正弦曲线变化趋势;湿季的土壤含水量和相对湿度略高于干季且其变化相对稳定,在干季出现降水前后,二者的变化曲线出现了较大波动;干湿两季的饱和水汽压差无明显变化规律。冠层附近饱和水汽压差和空气温度对CO_(2)通量的变化产生了较大影响,经过模拟评价指标检验和模拟结果对比,发现用这两个因子修正的Michaelis-Menten模型可以更好模拟昼间森林—大气间的碳通量交换。

关键词：森林CO_(2)通量光合有效辐射气象因子参数化

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光合有效辐射预测模型的核函数组合优化

农业机械学报 2011年第6期42卷 167-173页

作者：武海巍于海业张蕾吉林大学工程仿生教育部重点实验室长春130025 北华大学电气信息工程学院吉林132021

以林下参种植基地光合有效辐射(PAR)、散射辐射(PFDdif)和直射辐射(PFDdir)为研究对象,以支持向量机linear核函数(k1)、polynomial核函数(k2)、radial basis function核函数(k3)为基础,构建新核函数。使用K-fold交叉验证方法,利用粒子... 详细信息

以林下参种植基地光合有效辐射(PAR)、散射辐射(PFDdif)和直射辐射(PFDdir)为研究对象,以支持向量机linear核函数(k1)、polynomial核函数(k2)、radial basis function核函数(k3)为基础,构建新核函数。使用K-fold交叉验证方法,利用粒子群算法(PSO)对惩罚参数c和g值优化。试验结果表明,利用grid search算法设定惩罚参数c为16和g值为1时,通过比较相关系数及符合拟合均衡原则下,选出以0.2k1+0.8k2核函数而构建的光合有效辐射预测模型效果最佳,对由PAR、PFDdir和PFDdif数据组成的预测集1和预测集2拟合程度分别为89.213 2%和81.789 6%。利用粒子群算法对惩罚参数c和g值优化后,预测模型对预测集1拟合程度达到92.156 0%,对预测集2拟合程度达到90.036 0%。可见,采用0.2k1+0.8k2核函数和PSO的支持向量机预测模型对PAR具备预测能力。

关键词：光合有效辐射预测模型支持向量机核函数粒子群算法

珠海凤凰山常绿阔叶林CO通量与光合有效辐射及气象因子的关系

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高原气象 2022年

作者：郭仕侗韦志刚王欢南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 北京师范大学地理科学学部地表过程与资源生态国家重点实验室

为了探究珠海凤凰山常绿阔叶林CO通量与光合有效辐射的关系，提高用光合有效辐射和气象因子模拟CO通量的水平，本文根据华南地区干湿季特征和Monin-Obukhov大气稳定度参数ζ，对凤凰山陆气相互作用观测塔站2015年11月1日至2018年5月4日... 详细信息

为了探究珠海凤凰山常绿阔叶林CO通量与光合有效辐射的关系，提高用光合有效辐射和气象因子模拟CO通量的水平，本文根据华南地区干湿季特征和Monin-Obukhov大气稳定度参数ζ，对凤凰山陆气相互作用观测塔站2015年11月1日至2018年5月4日间的通量、辐射和气象观测资料进行分类；分析了在干、湿季的不稳定(ζ0.1)三种大气稳定状态下，珠海凤凰山常绿阔叶林昼间CO通量与光合有效辐射的关系，以及冠层上方气温、相对湿度、饱和水汽压差和浅土层土壤含水量的年变化特征；在此基础上，利用偏最小二乘回归法确定CO通量变化的主要气象影响因子，并通过气象因子修正了CO通量和光合有效辐射的关系。结果表明：在干季和湿季不同稳定度下，CO通量与光合有效辐射之间存在一种非线性关系，随着光合有效辐射的不断增加，森林对CO的吸收能力先迅速增强，之后逐渐平缓；在线性方程、对数方程和Michaelis-Menten模型中，线性方程无法准确反映CO通量随光合有效辐射的变化趋势，当大气处于不稳定状态时对数方程的拟合效果较差，而在干、湿季三种大气稳定度类型下，Michaelis-Menten模型均可以更好地拟合出它们之间的关系。在气象因子的日平均变化中，气温呈现出常见的“湿季高，干季低”的正弦曲线变化趋势；湿季的土壤含水量和相对湿度略高于干季且其变化相对稳定，在干季出现降水前后，二者的变化曲线出现了较大波动；干湿两季的饱和水汽压差无明显变化规律。冠层附近饱和水汽压差和空气温度对CO通量的变化产生了较大影响，经过模拟评价指标检验和模拟结果对比，发现用这两个因子修正的Michaelis-Menten模型可以更好模拟昼间森林—大气间的碳通量交换。

关键词：森林CO 通量光合有效辐射气象因子参数化

基于浮游植物吸收系数和光合有效辐射的南海区域性分粒级初级生产力算法初探

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热带海洋学报 2023年第1期42卷 43-55页

作者：赵红五一周雯曾凯邓霖廖健祖曹文熙中国科学院南海海洋研究所热带海洋学国家重点实验室广东广州510301 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广东广州511458 中山大学海洋科学学院广东广州510275 广东海洋大学化学与环境学院广东湛江524088

海洋初级生产过程是海洋碳循环的重要组成部分,影响生物地球化学循环和全球气候变化。浮游植物作为海洋初级生产的主要贡献者,按粒径大小可分为小型(micro粒级,>20μm)、微型(nano粒级,2~20μm)和微微型(pico粒级,<2μm)。不同粒级浮游... 详细信息

海洋初级生产过程是海洋碳循环的重要组成部分,影响生物地球化学循环和全球气候变化。浮游植物作为海洋初级生产的主要贡献者,按粒径大小可分为小型(micro粒级,>20μm)、微型(nano粒级,2~20μm)和微微型(pico粒级,光合有效辐射(photosynthetically active radiation,PAR)的乘积[a_(ph-size)(670)×PAR]建立了南海分粒级初级生产力算法,对于小型、微型和微微型浮游植物数据集,log[a_(ph-size)(670)×PAR]与log(PP_(size))之间的决定系数R^(2)分别为0.64、0.76和0.67。交叉验证的结果表明,该算法具有良好的泛化性能。其性能显著优于仅利用浮游植物吸收系数估算分粒级初级生产力的算法,表明PAR是影响分粒级初级生产力变化的重要因素之一。采用基于叶绿素a浓度的算法估算各粒级初级生产力时,针对小型和微微型浮游植物数据集,该算法的性能与本文构建的算法近似;但针对微型浮游植物数据集时,基于叶绿素a浓度的算法性能显著较低,这可能归因于微型浮游植物吸收系数与叶绿素a浓度间的弱相关性。

关键词：分粒级浮游植物吸收系数分粒级浮游植物初级生产力光合有效辐射分粒级叶绿素a

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光合有效辐射

植物生理学报 1984年第5期 49-51页

作者：邱国雄中国科学院上海植物生理研究所

光是植物生理、生态和农业生产中的一个重要环境因素。对光的度量过去一直用1ux这个照度单位。1979年,国际照度委员会对1ux规定了新的客观标准(融熔白金)和明视觉函数(图1)。但是它没有任何光化学或能量学上的联系。光在植物光合作用中... 详细信息

光是植物生理、生态和农业生产中的一个重要环境因素。对光的度量过去一直用1ux这个照度单位。1979年,国际照度委员会对1ux规定了新的客观标准(融熔白金)和明视觉函数(图1)。但是它没有任何光化学或能量学上的联系。光在植物光合作用中,当然也在作物生长中是作为能源参与变化的。光合作用的作用光谱(图2,Pλ)也与标准明视觉函数曲线不同。只有那些能被植

关键词：视觉函数函数曲线作用光谱照度明视觉光谱响应光合有效辐射光源辐射源光子数滤光片