多角度植被冠層葉綠素?zé)晒膺b感觀測(cè)系統(tǒng)

一、儀器原理：

太陽(yáng)誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒猓⊿un-induced chlorophyll fluorescence, SIF）植物發(fā)出的一種電磁信號(hào)：葉綠素 a 吸收的太陽(yáng)光的部分能量未用于光合作用，而是在較長(zhǎng)的波長(zhǎng)上發(fā)射出大致覆蓋 650-800 nm 光譜范圍的雙峰（紅光690 nm和近紅外740 nm）光譜。SIF 信號(hào)可對(duì)光和水脅迫等環(huán)境條件的擾動(dòng)做出瞬時(shí)反應(yīng)，因此是光合作用活性的直接代表。然而，SIF輻射只占植被冠層頂部反射輻射的一小部分（通常為 0.5%-2%），是一種十分微弱的信號(hào)，因此要通過光譜儀對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)，需要高光譜分辨率和優(yōu)良的觀測(cè)方案。

二、核心優(yōu)勢(shì)：

1）支持主被動(dòng)協(xié)同葉綠素?zé)晒庥^測(cè)

2）自定義多角度熒光觀測(cè)，支持植被冠層多角度熒光研究，如冠層結(jié)構(gòu)、觀測(cè)幾何、觀測(cè)角度等影響

3）基于物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)，支持遠(yuǎn)程監(jiān)控，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程下載，多設(shè)備集中管理

4）系統(tǒng)便攜式設(shè)計(jì)，防雨防塵，堅(jiān)固耐用，工作溫度范圍廣，適用于野外長(zhǎng)期觀測(cè)

三、主要技術(shù)性能參數(shù)：

1. 高分辨率熒光光譜儀

1）光譜范圍：650nm-800nm (730nm-780nm)

2）光譜分辨率: ≤0.3nm (≤0.17)

3）信噪比:≥1000:1

4）A/D 轉(zhuǎn)換：18bit

2. 光路切換系統(tǒng)

1）光路透過率≥80%

2）通道數(shù)：2

3）全部采用高通量 600μm 光纖，不銹鋼 304 鎧裝外包層，防雨防塵，長(zhǎng)度和數(shù)量支持定制

3. 系統(tǒng)軟硬件參數(shù)及功能

1）工作溫度：-20℃-50℃

2）溫控系統(tǒng)：采用半導(dǎo)體 TEC 制冷及加熱功能，自由切換，溫度可自由設(shè)定，溫度區(qū)間為 0℃-30℃（±1℃）

3）主板功耗不大于 4W，整機(jī)功耗不大于 80W

4）設(shè)備基于物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在線采集、遠(yuǎn)程控制、無線傳輸、實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)可視化等功能，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備集中管理，多設(shè)備界面實(shí)時(shí)顯示

5）支持入射輻照度、反射輻亮度、反射率曲線和熒光曲線實(shí)時(shí)可視化，并顯示恒溫箱內(nèi)外溫濕度，上下光路的積分時(shí)間等信息

多角度植被冠層葉綠素?zé)晒膺b感觀測(cè)系統(tǒng)

四、應(yīng)用案例

太陽(yáng)誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒猓⊿IF）為監(jiān)測(cè)總初級(jí)生產(chǎn)力（GPP）提供了遙感信號(hào)，但 SIF-GPP 關(guān)系會(huì)受到觀測(cè)角度影響。通過對(duì)小麥和玉米冠層上方的紅光和遠(yuǎn)紅外 SIF 進(jìn)行地基多角度觀測(cè)，以研究觀測(cè)幾何對(duì) SIF 的影響。利用這些新的測(cè)量結(jié)果，改進(jìn)并應(yīng)用了為紅光和遠(yuǎn)紅外 SIF 測(cè)量的角度歸一化而開發(fā)的算法。根據(jù)對(duì) 6 個(gè)晴天的分析，角度歸一化提高了 SIF 與瞬時(shí)尺度（1 分鐘）渦度協(xié)方差測(cè)量得出的 GPP 的相關(guān)性。遠(yuǎn)紅光 SIF 的提高幅度略小于紅光 SIF，原因是由于冠層中紅光波段的多重散射較弱，因此觀測(cè)到的紅光波段 SIF 的角度變化大于遠(yuǎn)紅光波段。此外，在小時(shí)時(shí)間尺度上，遠(yuǎn)紅光 SIF 在跟蹤異質(zhì)冠層的 GPP 方面顯示出優(yōu)勢(shì)，而紅色 SIF 的角度歸一化則對(duì)同質(zhì)冠層有效。