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国家自然科学基金委优秀青年科学基金项目:植被定量遥感
时间:2016-09-21

    一、项目概况 

    项目负责人为刘良云研究员,项目主要围绕地面和卫星平台的日光诱导叶绿素荧光遥感反演算法、叶绿素荧光方向性特征、叶绿素荧光与GPP关联机制等开展了深入研究。项目执行时间为2013年至2015年。 

    二、项目完成情况 

    (一)叶绿素荧光遥感反演基础与算法研究 

    针对高精度、全波段日光诱导叶绿素荧光(SIF)反演难题,研究并创新了系列冠层SIF光谱探测算法,提高了SIF光谱探测精度。论文(Liu XJ & Liu LY*, IEEE GRSL 2015)提出了基于主成分分析法的SIF反演算法(pFLD),可以显著改进低光谱分辨率、低信噪比条件下SIF反演精度,审稿人认为“提出的pFLD算法为发展FLD方法做出了好的贡献(The pFLD presented in this paper is a good contribution for the FLD development)”。论文(Liu XJ & Liu LY*, RS 2015)提出一种新的全波段SIF光谱反演算法F-SFM,可以精确重建650-800nm全波段SIF光谱,且可以精确反演荧光峰值比值,审稿人认为“论文提出了新的改进方法,具有创新性,结果有意义和应用前景(the present manuscript proposes a new improved method towards this direction taking into consideration the aforementioned difficulties. The method is innovative and the results are interesting and promising)”。 

1、全波段荧光反演误差(RRMSE)和荧光峰值比值反演误差

    (二)叶绿素荧光卫星遥感反演不确定性研究 

    系统研究了卫星SIF遥感反演的不确定性,定量分析了信噪比、光谱分辨率等载荷参数与大气辐射传输对SIF遥感反演的影响,评估了潜在卫星载荷的SIF遥感反演精度,并提出了加权最小二乘方法的SIF卫星反演算法,获得了中国区域卫星SIF遥感反演产品,分析了中国区域SIF时空特征与规律(刘新杰、刘良云*2013,遥感学报;Liu LY et al., EuJRS 2015; Liu XJ, Liu LY*, 2014, RS)。论文(Liu LY*, 2015, EuJRS)审稿人认为“能够对光谱仪参数优化提供有价值的信息(can provide valuable information in optimizing spectrometers technical characteristics)”。 

2、各波段对不同大气参数的敏感性 

    (三)叶绿素荧光方向性建模研究 

    针对冠层SIF方向性研究空白,开展了冠层SIF方向性特征观测与建模研究(Liu LY et al., IEEE TGRS 2015Liu LY, EGU 2015),研究了冠层辐射传输路径的差异、荧光再吸收特征、冠层多次散射等对冠层SIF方向性的贡献,发现红光和近红外波段冠层SIF光谱与反射光谱BRDF特征基本一致,利用半经验的核驱动模型,可以模拟并校正SIF的方向性,且BRDF校正后的SIF信号能够改进植被光合生产力的遥感探测精度。已有SIF应用研究由于对SIF方向性认知不够或缺乏校正方法,都将冠层SIF假定为各项同性的,该研究为SIF方向特性机制和校正这一基础性科学问题提供了重要模型和方法,审稿人也给予了高度评价(This paper is very strong and should be published) 

3、叶绿素荧光与反射率光谱的方向性特征(2015413) 

    (四)叶绿素荧光遥感应用基础研究 

    针对SIF遥感应用基础研究薄弱问题,组织了系列植被SIF光合生理探测试验,取得了系列创新模型和科学发现。发现了SIF在植物早期胁迫探测中的技术优势(Liu LY, et al., 2013EuJRS);提出了基于SIF和归一化PRI指数的植被光能利用率遥感探测方法(Liu LY, et al., 2013IJRS) 

    上述成果也得到了应用和认可,论文(Liu LY et al., 2013, IJRS)审稿人认为“论文描述的试验和结果很有意义,做出了非常实质性的贡献(This paper describes quite an interesting set of measurements and results, and could provide a very substantial contribution)”。Magney et al. (2016 RSE) (IF=6.393)采用了(Liu LY, et al., 2013IJRS)提出的PRI归一化方法,其研究证实该PRI归一化方法能够消除其它色素吸收的影响,更有效地监测植物叶绿素叶黄素循环生理信息。 

    围绕叶绿素荧光的GPP直接监测的基础性问题,研究并阐明了C3C4叶绿素荧光与吸收光合有效辐射的响应机制,发现C4植物的冠层叶绿素荧光与吸收光合有效辐射(APAR)响应幅度略大于C3植物,但C4植物的叶绿素荧光与GPP的响应幅度2倍于C3植物(Liu LY et al., 2017,AFM) 

4C3 (green)4 (blue) 作物叶绿素荧光与GPP的关联特征对比 

    三、项目资助论文成果 

  项目资助发表论文28篇,其中SCI论文20篇,出版《植被定量遥感原理与应用》专著,并入选国科大精品教材。 

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