Spatially-explicit monitoring of crop photosynthetic capacity through the use of space-based chlorophyll fluorescence data
Spatially-explicit monitoring of crop photosynthetic capacity through the use of space-based chlorophyll fluorescence data
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通过使用天基叶绿素荧光数据对作物光合能力进行空间明确监测
DOI：
10.1016/j.rse.2018.03.031
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发表时间：
2018-06
影响因子：
13.5
通讯作者：
Kaiyu Guan
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yongguang Zhang;Luis Guanter;Joanna Joiner;Lian Song;Kaiyu Guan
光合能力等植物功能性状是陆地生物圈模型的关键参数。然而，它们的空间和时间特征仍然没有得到充分的体现。在这项研究中，我们使用太阳诱导荧光（SIF）的卫星观测来估计作物冠层顶部的光合能力（最大羧化速率，Vcmax在参考温度为25 °C），这反过来又被用来模拟区域总初级生产力（GPP）。我们首先估计的关键参数，Vcmax，在广泛使用的FvCB光合作用模型使用的CO2和水通量在2007-2012年期间在美国玉米带7个作物涡度协方差通量站点的现场测量。结果表明，与常用的植被指数相比，卫星远红外SIF反演的植被指数与Vcmax在季节尺度上有较强的相关性（C4作物R2= 0.70，C3作物R2= 0.63）。我们校准的经验模型linkingVcmax与SIF，用于估计空间和时间上变化的cropVcmax为美国玉米带地区。结果Vcmax地图一起使用的气象数据从MERRA再分析数据和植被结构参数来自卫星的光谱反射率数据来约束土壤冠层观测光合作用和能量（SCOPE）平衡模型，以估计区域作物GPP。我们的研究结果表明，与作物产量清单数据相比，农田GPP的季节和空间格局有了很大的改善。与高塔大气CO2测量的评估进一步支持我们的估计时空Vcmax从星载SIF。考虑到SIF有一个直接的联系，光合作用的活动，我们的研究结果突出了潜在的推断regionalVcmax使用遥感SIF数据，并利用这些信息更好地量化区域农田碳循环。
Plant functional traits such as photosynthetic capacity are critical parameters for terrestrial biosphere models. However, their spatial and temporal characteristics are still poorly represented. In this study, we used satellite observations of sun-induced fluorescence (SIF) to estimate top-of-canopy photosynthetic capacity (maximum carboxylation rate,Vcmaxat a reference temperature of 25 °C) for crops, which was in turn utilized to simulate regional gross primary production (GPP). We first estimate the key parameter,Vcmax, in the widely-used FvCB photosynthesis model using field measurements of CO2and water fluxes during 2007–2012 at seven crop eddy covariance flux sites over the US Corn Belt. The results showed that satellite far-red SIF retrievals have a stronger link toVcmaxat the seasonal scale (R2= 0.70 for C4 and R2= 0.63 for C3 crop) as compared with widely-used vegetation indices. We calibrate an empirical model linkingVcmaxwith SIF that was used to estimate spatially and temporally varying cropVcmaxfor the US Corn Belt region. The resultingVcmaxmaps are used together with meteorological data from MERRA reanalysis data and vegetation structural parameters derived from the satellite-based spectral reflectance data to constrain the Soil-Canopy Observation of Photosynthesis and Energy (SCOPE) balance model in order to estimate regional crop GPP. Our results show a substantial improvement in the seasonal and spatial patterns of cropland GPP when compared with crop yield inventory data. The evaluation with tall tower atmospheric CO2measurements further supports our estimation of spatiotemporalVcmaxfrom space-borne SIF. Considering that SIF has a direct link to photosynthetic activity, our findings highlight the potential to infer regionalVcmaxusing remotely sensed SIF data and to use this information for a better quantification of regional cropland carbon cycles.
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DOI：
10.1016/0005-2728(87)90190-3
发表时间：
1987-11-19
期刊：
BIOCHIMICA ET BIOPHYSICA ACTA
影响因子：
--
作者：
WEIS, E;BERRY, JA
通讯作者：
BERRY, JA
DOI：
10.5065/d6rr1w7m
发表时间：
2013
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
K. Oleson;M. Lawrence;B. Bonan;B. Drewniak;Maoyi Huang;D. Koven;S. Levis;Fang Li;J. Riley
通讯作者：
K. Oleson;M. Lawrence;B. Bonan;B. Drewniak;Maoyi Huang;D. Koven;S. Levis;Fang Li;J. Riley
影响因子：
7.3
作者：
K. Wilson;D. Baldocchi;P. Hanson
通讯作者：
K. Wilson;D. Baldocchi;P. Hanson
DOI：
10.1080/00224065.1986.11978989
发表时间：
1975-03
期刊：
--
影响因子：
--
作者：
M. Kutner
通讯作者：
M. Kutner
影响因子：
7.3
作者：
B. Medlyn;D. Loustau;S. Delzon
通讯作者：
B. Medlyn;D. Loustau;S. Delzon