基于叶绿素荧光遥感的植被干旱胁迫指数构建

发布时间：2020-11-19 07:43

　　 随着全球变暖,极端干旱事件的发生频率不断升高,严重威胁农业生产以及社会经济发展。极端干旱事件直接威胁植被的生长,导致植被生产力下降。在干旱期间,植被生长受到水分胁迫的影响,导致植被生理状态发生变化。及时精确地监测大范围干旱事件对研究植被对气候变化的响应具有非常重要的意义。遥感技术的快速发展使得在区域和全球尺度上监测植被生长对于干旱的响应成为可能。传统的遥感植被指数是植被绿度和能量吸收的量度,可以间接地指示植被的光合作用情况,因此被众多研究广泛应用于干旱的监测中。但是基于绿度的植被指数不能准确地捕捉植被对不同水分胁迫的动态响应。遥感反演的日光诱导叶绿素荧光与植被的光合作用效率直接相关,可以更直接、准确地监测干旱事件对植被的影响。本文利用日光诱导叶绿素荧光数据(SIF)、植被指数数据(VIs)、气象数据、重力探测卫星(GRACE)的水储量数据、二氧化碳柱浓度数据(XC02)和干旱指数数据等监测东南亚地区、美国中部和南部地区的干旱事件。本研究旨在为更好地研究极端气候事件,科学地理解干旱对生态系统的影响提供研究手段和方法。主要的研究内容与结论如下:(1)利用VIs、SIF以及相关气象数据,研究了 2015/16年厄尔尼诺引起的极端干旱事件对东南亚农作物和常绿阔叶林区域的植被光合作用的影响。研究结果表明SIF对水分胁迫的敏感性高于传统的植被指数。因此,在热带地区,卫星SIF数据可以用来监测植被对水分胁迫的响应。SIF数据比植被指数EVI更能够成为表征和监测热带植被地区干旱的指标。此外,消除太阳辐射的影响后计算得到的荧光量子产额(SIFyield)对干旱的响应会变得更加明显。植被绿度和叶绿素含量的变化可能无法快速反映干旱条件下植被状况的信息,但SIFyield对水分胁迫有快速响应。因此,SIFyield是用来监测干旱期间植被功能变化情况的适宜指标。(2)利用SIF数据和XC02数据,研究发现2015年和2016年东南亚的二氧化碳排放增多,并且XCO2与SIF具有显著的负相关性。卫星SIF数据可以间接地反映区域CO2的变化,特别是当植被遭受水分胁迫时。水分胁迫通常会造成植被的气孔关闭,从而降低植被光合作用减慢并减少大气CO2的吸收。因此,利用卫星观测的SIF数据,我们可以更好地了解C02潜在的动态过程。(3)SIFyield是用来监测干旱期间植被功能变化情况的适宜指标。因此,本文将SIFyield、温度条件指数(TCI)和土壤水分条件指数(SMCI)线性组合,提出了一个新的遥感干旱指数——植被荧光干旱胁迫指数(SSTI),并进一步评估SSTI指数在美国大平原地区的监测干旱的表现,计算SSTI与基于气象观测站数据计算的干旱指数的相关性,并在空间分布上与其他遥感指数进行对比。结果表明,相比于其他指数,SSTI指数可以较好地反应干旱范围以及严重程度。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S423;S127
【部分图文】：

图１．１总体技术路线图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｆｌｏｗｃｈａｒｔ?ｏｆ?ｔｈｉｓ?ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ??

名龙犬豸硕士学位论文??１．４论文组织框架??根据本文的总体技术路线和研究目标，分为五章进行研究和讨论（图１．２）。??第一章是引言部分。介绍本研宄的背景和意义，并归纳国内外研宄进展，阐??述本论文的研宄目标、总体的技术路线和研宄内容。??第二章是介绍论文使用的研宄区域和数据集概况。介绍论文的研究区东南亚??地区、美国中部与南部地区，并对研宄涉及的数据源、数据处理方法进行了详细??介绍。??第三章是ＳＩＦ数据对东南亚干旱的监测。介绍在厄尔尼诺引发的干旱中ＳＩＦ??对干旱事件的响应；并且研宄了干旱对区域碳循环的影响以及ＳＩＦ与Ｃ０２的联??系。??第四章是以美国两次干旱事件为例，利用ＳＩＦ构建植被干旱胁迫指数。介绍??在两次干旱事件中，ＳＩＦ监测到的植被的生理状态变化；基于ＳＩＦ构建干旱指数??并验证其准确性。??第五章是结论与展望。该章节总结了本文的研究内容、主要结论以及创新点，??并提出下一步需要研宂和改进的问题。??１２??

Ｆｉｇ．?２．１?Ｌａｎｄ?ｃｏｖｅｒ?ｍａｐ?ｏｆ?Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ?Ａｓｉａ??东南亚位于东经９２°?Ｅ和１４０°?Ｅ之间，纬度１０°?Ｓ和２４°?Ｎ之间。根据??植被覆盖类型，本文主要关注两个子区域（图２．１中框出）：农作物（ｃｒｏｐｌａｎｄ）覆盖??密度较高的西北区域（８－１８°?Ｎ，?９８－１１０°?Ｅ），和常绿阔叶林覆盖密度（Ｅｖｅｒｇｒｅｅｎ??Ｂｒｏａｄｌｅａｆ?Ｆｏｒｅｓｔｓ，?ＥＢＦ）较高的南部地区（５?°?Ｓ－５?°?Ｎ，?１０７－１１８°?Ｅ）。受?２０１５／１６?厄??尔尼诺现象的影响，两个子区域呈现了不同程度的干旱状况。详细介绍可见第??３章节。??１６??
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本文编号：2889911