基于多角度遥感数据和通量数据的PRI-LUE模型优化

发布时间：2020-06-30 19:09

【摘要】：光能利用率(Light Use Efficiency,LUE)是估算总初级生产力的重要参数变量,用来表示植物通过光合作用将截获的太阳能转化为有机物的效率,被广泛的应用于多种估算模型。近年来,随着通量观测技术的不断发展,对于光化学反射植被指数(Photochemical Reflectance Index,PRI)与LUE在生态系统尺度上的关系研究也不断涌现,研究证明PRI在直接估算实际LUE方面具有极大的潜力。但也发现PRI与LUE之间关系存在很大的时间和空间变异,容易受到观测角度、太阳天顶角、叶倾角分布和冠层结构等众多因素的影响。为此,本研究通过试验观测获取了大量数据,设计遥感平台自动获取水稻冠层多角度高光谱反射数据,基于涡度相关系统获取CO2通量等数据,并开展大田试验获取水稻生物量、叶面积等数据;基于观测数据分析了多角度观测下水稻冠层反射光谱特征,评估了多角度观测对PRI-LUE关系的影响;利用多角度观测数据和最小二乘法构建两叶PRI算法,计算剔除阴阳叶和观测角度影响的PRI值,并与两叶LUE模型结合,提升PRI对LUE的指示效果。研究所得的主要结论如下:(1)在水稻抽穗期至灌浆期,可见光红光、蓝光波段的反射率明显降低,而绿光波段的反射率逐渐升高;到成熟期,红光和蓝光波段的反射率有所上升。晴天冠层反射率在上午至正午阶段呈现出规律的递增趋势,而阴天无明显规律性变化;冠层反射率随观测天顶角的增加而升高,当观测方位位于后向散射方向时,冠层光谱反射率越大。利用作物高光谱遥感数据与PROSAIL模型的结合,对水稻叶面积指数等作物生理参数、生长状况有更快捷、方便的监测。(2)日尺度下的PRI与LUE呈现着相似的变化规律,表现出良好的相关关系。随着观测角度的改变,水稻冠层PRI有明显的大小变化;晴天较阴天的多角度PRI变化跨度要大;后向散射方向的PRI值普遍小于前向散射方向的PRI值;不同观测天顶角下,观测天顶角为60°时的多角度PRI与LUE的相关性最为显著,R2为0.5536。(3)两叶光能利用率模型在阴天和晴天都能够在一定程度上区分直接辐射和散射辐射在冠层内阴阳叶光合速率的不同反应,PRI对LUE的估算能力得到了提高,晴天两叶PRI算法所模拟出的PRI值普遍小于实测多角度PRI值,且与LUE的相关性有明显提高,而阴天由于阴阳叶差异较小,两叶PRI算法对LUE的优化效果并不理想。(4)综合分析区分阴阳叶的两叶PRI算法和两叶LUE模型的模拟结果,发现在晴天区分阴阳叶的算法在半小时和日尺度下均能够提高光化学反射指数对光能利用率的指示能力,两种算法的运用能够在一定程度上降低太阳-目标-观测几何因素的影响,使得PRI-LUE关系模型得到优化。以此构建的包含角度因素在内的两叶光能利用率的估算模型也具有较高的估算精度,对PRI-LUE关系的优化研究提供了参考。
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S127
【图文】：

图１－１技术路线图逡逑

南京信息丨：程大学硕士学位论文转带动下实现不同观测角度的冠层反射率的测定，因此，本装置可以实现同时辐射和植被冠层的反射辐射。且不受光强改变的影响，光谱仪都能够随时、自同观测角度的植被冠层反射辐射转化成实际光强的反射率，不论是受多云等天反射观测的影响，实时、全天候、高效率的测定冠层光谱反射辐射。需要注意验观测之前，要保证已在各种天气状况下进行过白板校正数据的测量，以便用光谱反射率计算。逡逑

【参考文献】

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本文编号：2735709