叶绿素荧光支持下的遥感蒸散估算研究

Evapotranspiration (ET) is critical to the exchange of surface energy and water budget. It is a vital process of water cycle in terrestrial ecosystem. In high vegetation area, ET is dominated by vegetation transpiration. The accuracy of ET depends largely on the precision of transpiration. As a dominant parameter of plant transpiration, accurate and rapid of stomatal conductance is a requirement for improving ecosystem water flux simulation and further study on the mechanism of carbon-water coupling cycle. In recent years, sun-induced chlorophyll fluorescence (SIF) provides new sights into the parameters inversion in carbon-water coupling cycle. Previously studies indicated that SIF is closely related to photosynthetic rate, photosynthetic rate is closely related to stomatal conductance. Based on muti-angle SIF measurements and eddy flux observation, this project intends to derive and exploit the relationship between SIF and canopy stomatal conductance and their influencing factors in different timescales and solar radiation conditions. The canopy stomatal conductance is modeled by using SIF in different ecosystems. Then, SIF-based model for ET will be derived, which could improve the estimate of regional water flux and application in retrieval of carbon-water coupling cycle using fluorescence technique.

地表蒸散（ET）在地表能量交换和水分平衡中具有重要作用，是陆地生态系统水循环的关键过程。在植被覆盖度较高的区域，ET以植被蒸腾为主，ET估算精度很大程度上取决于蒸腾估算精度。气孔导度是植被蒸腾估算的决定性参数，其准确估算有助于提高生态系统水通量模拟的精度和推进碳水耦合机制的深入开展。近年来发展的日光诱导叶绿素荧光（SIF）为研究碳水耦合过程参数反演提供了新的思路，研究表明SIF与光合速率、光合速率与气孔导度密切相关。本项目拟利用SIF和涡度通量同步观测数据，开展ET遥感模拟研究，探索不同时间尺度和辐射条件下，冠层SIF和冠层气孔导度关系的变化规律及其影响因素，构建不同类型生态系统利用SIF估算冠层气孔导度的模型，进而构建融入SIF遥感数据的ET模型，以提高区域ET模拟精度，推动荧光技术在生态系统碳水耦合循环遥感反演中的应用。

日光诱导叶绿素荧光（SIF）与植被光合作用联系紧密，能直接反映植物的实际光合作用的动态变化，由于光合速率与气孔导度呈线性相关，SIF与气孔导度之间必然存在联系，从而可以利用SIF遥感数据监测气孔导度，驱动蒸腾估算模型，提高植被蒸腾和地表蒸散的估算精度。但是SIF与光合速率、光合速率与气孔导度的关系受到冠层结构、辐射和湿度等因素的影响。本研究主要内容是利用多角度的SIF观测，明晰观测角度对冠层SIF的影响，研究由不同观测角度观测的SIF获取冠层SIF的方法，分析森林和农田生态系统不同时间尺度冠层SIF的变化特征及对植被结构和辐射等因子的响应。分析基于升尺度模型估算冠层导度的变化特征及SIF和冠层导度关系受叶面积指数和辐射的影响。研究结果表明SIF在晴天条件下比阴天条件下的值高，但冠层导度在不同辐射条件下差异较小，且不同生态系统变化趋势相似。随着时间尺度的提高，SIF和冠层导度的关系更趋于线性化，且不同生态系统呈类似变化特征。进而探索构建耦合冠层SIF的ET模型，模型在小时和天尺度上能够较好的模拟出蒸散的变化趋势，但模型误差会随着叶面积指数和时间尺度而降低。通过本项目的研究，证实了基于SIF模拟冠层导度和生态系统蒸散的可能及有效性。同时提高冠层结构和生理的差异对于冠层荧光和蒸散模型的影响程度的认识，为更好的拓展利用荧光遥感驱动蒸散模型和模拟区域碳水通量提供基本的理论和实践支撑。