湿地植物冠层光能利用率的光化学指数阴阳叶分解模型研究

The Light Use Efficiency(LUE) is a key variable to estimate primary productivity, and obtaining LUE with reliable precision is vital to the research on the energy distribution and global environmental change. Photochemical Reflectance Index(PRI) is closely related with LUE, and so the PRI is the efficient method to estimate the LUE. However, under the same LUE circumstance, the correlation between LUE and PRI is different because of sunlit leaf and shaded leaf, so it is necessary to separate the canopy PRI into sunlit leaf PRI and shaded leaf PRI so as to improve the retrieving ability for precision of LUE. The clustering coefficients for wetland vegetation canopy are highly different, and it affects the spatial distribution of the leaves inside vegetation capony, consequently, further affects the calculation of sunlit leaf PRI and shaded leaf PRI. The geometric optical model's four-scale consider the canopy architecture which separating sunlit and shaded leaf spectrum. The improvement of four-scale's geometric optical model helps to calculate the canopy's parameter for different wetland clumping index, which affect the gap size's distribution, and the PRI's seperating model of sunlit and shaded leaf was established,and finally the LUE's precise retrieving of wetland vegetation was realized.

光能利用率LUE(1ight use efficiency)是估算初级生产力的一个关键变量，获取可靠精度的光能利用率对研究能量的分布以及全球环境的变化有着重要的意义。光化学指数PRI(photochemical reflectance index)与光能利用率有密切关系，因此，光化学指数为估算光能利用率提供了一种有效的方法，然而在同样LUE的情况下，PRI和LUE的相关性由于叶子阴面和阳面而不同，因此，有必要分离冠层PRI指数为阴叶和阳叶PRI，提高反演LUE的精度。湿地植被冠层聚集系数差异较大, 聚集系数影响冠层内部叶片的空间分布，进而影响阴、阳叶PRI计算。几何光学4尺度模型，是分解光谱阴阳叶的冠层结构辐射传输模型。 因此，本项目拟通过改进几何光学4尺度模型，计算湿地植物不同聚集系数冠层参数影响间隙分布函数，建立PRI指数阴阳叶分离模型，最终实现湿地植被LUE的精确反演。

光能利用率LUE(1ight use efficiency)是估算初级生产力的一个关键变量，获取可靠精度的光能利用率对研究能量的分布以及全球环境的变化有着重要的意义。光化学指数PRI(photochemical reflectance index)与光能利用率有密切关系，因此，光化学指数为估算光能利用率提供了一种有效的方法。课题利用野外观测三种典型湿地植被的光合作用日变化及同步光谱，首次探讨LUE和Photochemical Reflectance Index (PRI)的相关性，深刻揭示影响LUE和PRI相关性的主要因素，利用PROSPECT-SAIL模型模拟三种不同土壤背景下，从机理上分析了不同LAI对PRI指数和LUE关系的影响。同时开展室内不同氮水水平处理的湿地芦苇光能利用率和光化学植被指数的观测，揭示了不同氮水处理下芦苇光能利用率和光化学植被指数的关系。最终研究得出当LAI<5时，冠层下土壤背景对冠层PRI影响较大，在不同土壤背景下，土壤亮度低的对冠层PRI影响较小；当LAI>5时，土壤背景对冠层PRI影响较小，冠层自身的LAI才是影响PRI和LUE相关性的决定因素。为准确遥感估算杭州湾湿地NPP，提出了利用容易获取的气象站常规观测的气象能见度和水汽等参数，计算大气透过率，再结合DOS (Dark-object subtraction) 方法对MODIS图像进行快速大气校正的新方法。探讨高分1号卫星归一化植被指数（NDVI）用于湿地植物物种多样性监测的最佳遥感尺度，分析该植被指数与植物物种多样性指数的相关性，创新提出了杭州湾河口湿地植物物种多样性遥感估算模型以及基于面向对象结合实地数据的杭州湾湿地土地信息提取方法。基于阴阳叶修改LAI的BEPS杭州湾湿地NPP计算, 结合几何光学4阶模型考虑冠层参数特征，聚集系数及光能利用率关系，分析影响PRI指数分离模型的参数敏感性，创新性修改了基于阴阳叶LAI的BEPS模型，并利用修改模型开展了杭州湾湿地NPP计算。课题利用室内试验和野外观测相结合，从机理上揭示LAI影响LUE和PRI指数的关系，开展阴阳叶LAI修改的BEPS模型改进，并将改进模型应用湿地NPP的估算应用。该项研究对于基于遥感的湿地植被光能利用率分析和湿地碳估算具有重要的参考科学价值，同时该成果也是全球生态系统中碳变化研究的重要补充。