植被日光诱导叶绿素荧光辐射传输模拟研究

批准号:
41771382
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
赵峰
依托单位:
学科分类:
D0113.遥感科学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
谭玉敏、张颖、崔博伦、倪前前、李融、徐兆鹏、肖鑫
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中文摘要
日光诱导叶绿素荧光与植被的光合作用有着密切的联系,能够灵敏地反映植被生长状况,对荧光特性的探测可以了解植物的生长、病害及受胁迫等生理状况。高光谱遥感技术推动了植被荧光提取算法的发展,但尚缺乏能够精确模拟三维植被冠层荧光激发和辐射传输的机理模型,难以对荧光信号进行定量解释,无法满足荧光遥感应用的需求。本项目的目标是基于蒙特卡罗正向光子追踪算法,耦合植被冠层和大气,建立考虑大气影响的三维植被冠层日光诱导叶绿素荧光的辐射传输模型,研究植被三维结构、组分光学特性和大气参数对植被荧光激发和辐射传输的影响。通过对典型农作物冠层(如小麦、玉米和大豆等)主要生长期的观测试验,来系统验证正向建模精度。利用植被-大气耦合模型进行植被日光诱导叶绿素荧光提取方法的分析、比较,为从不同观测平台传感器提取荧光算法研究,以及传感器光谱性能指标的选择和设计提供参考和指导。
英文摘要
Sun-induced chlorophyll fluorescence (SIF) of vegetation can be used as a direct probe of the functional status of photosynthetic machinery because of its close relationship with photosynthesis, thus enabling large-area monitoring of photosynthetic activity and offering a non-destructive method for the evaluation of plant physiological conditions. Technical advancement of hyper-spectral remote sensors promotes the research of SIF retrieval methods. However, there is still lacking of radiative transfer (RT) model that can accurately describe the excitation of fluorescence and its radiation transfer for three dimensional vegetation canopy. Without this kind of mechanism models, it is hard to quantitatively interpret the SIF signals and hinders the wide application of remote sensing of SIF. The goal of this project is to develop a RT model of three-dimensional canopy based on Monte Carlo ray-tracing technique, in which the atmospheric RT will also be included to study the influence of the atmosphere on the excitation and radiation transfer of SIF. Then the impact of the main parameters of canopy three dimensional structure, optical properties of canopy elements and atmosphere on the excitation and RT of SIF will be studied. We will evaluate and validate the precision of our SIF RT model by carrying out systematic measurements for agricultural crops, such as wheat, corn, and soybean, on several key growing stages. Based on the coupled vegetation and atmosphere SIF RT model, we will analyse and compare different retrieval methods of SIF, so as to provide helpful suggestions and guide for the study of SIF retrieval for various sensors’ altitude, the choose and design of spectral specifications of sensors.
日光诱导叶绿素荧光与植被的光合作用有着密切的联系,能够灵敏地反映植被生长状况,对荧光特性的探测可以了解植物的生长、病害及受胁迫等生理状况。本项目基于蒙特卡罗正向光子追踪算法,耦合植被冠层和大气,建立考虑大气影响的三维植被冠层日光诱导叶绿素荧光的辐射传输模型,研究植被三维结构、组分光学特性和大气参数对植被荧光激发和辐射传输的影响。通过与其它成熟的地气耦合辐射传输模型相互比较验证,和遥感观测试验,系统验证了正向建模的精度。该模型同时具有模拟大气透过率、大气层顶总辐亮度、程辐射、双向直射辐射等遥感常用辐射量和地气耦合结果的能力。拓展后的模型基于蒙特卡洛原理和正向光线追踪,整个传输过程基于真实物理过程,结果精度高,应用场景广泛。利用植被-大气耦合模型进行植被日光诱导叶绿素荧光提取方法的分析、比较,为从不同观测平台传感器提取荧光算法研究,以及传感器光谱性能指标的选择和设计提供参考和指导。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.3390/rs11030252
发表时间:2019-02-01
期刊:REMOTE SENSING
影响因子:5
作者:Belabid, Nasreddine;Zhao, Feng;Tan, Yumin
通讯作者:Tan, Yumin
Reconstruction of the full spectrum of solar-induced chlorophyll fluorescence: Intercomparison study for a novel method
重建太阳诱导叶绿素荧光的全光谱:一种新方法的比对研究
DOI:10.1016/j.rse.2018.10.021
发表时间:2018-12
期刊:Remote Sensing of Environment
影响因子:13.5
作者:Feng Zhao;Rong Li;Wout Verhoef;Sergio Cogliati;Xinjie Liu;Yanbo Huang;Yiqing Guo;Jianxi Huang
通讯作者:Jianxi Huang
Evaluation of the FluorWPS Model and Study of the Parameter Sensitivity for Simulating Solar-Induced Chlorophyll Fluorescence
FluorWPS模型评估及模拟日光叶绿素荧光的参数灵敏度研究
DOI:10.3390/rs13061091
发表时间:2021-03
期刊:Remote Sensing
影响因子:5
作者:Tong Chiming;Bao Yunfei;Zhao Feng;Fan Chongrui;Li Zhenjiang;Huang Qiaolin
通讯作者:Huang Qiaolin
Sensitivity Analysis of Canopy Structural and Radiative Transfer Parameters to Reconstructed Maize Structures Based on Terrestrial LiDAR Data
基于地面激光雷达数据的冠层结构和辐射传输参数对重建玉米结构的敏感性分析
DOI:10.3390/rs13183751
发表时间:2021-09
期刊:Remote Sensing
影响因子:5
作者:Ali Bitam;Zhao Feng;Li Zhenjiang;Zhao Qichao;Gong Jiabei;Wang Lin;Tong Peng;Jiang Yanhong;Su Wei;Bao Yunfei;Li Juan
通讯作者:Li Juan
Comparison of total emitted solar-induced chlorophyll fluorescence (SIF) and top-of-canopy (TOC) SIF in estimating photosynthesis
总发射的太阳诱导叶绿素荧光 (SIF) 和冠层顶部 (TOC) SIF 在估计光合作用中的比较
DOI:10.1016/j.rse.2020.112083
发表时间:2020
期刊:Remote Sensing of Environment
影响因子:13.5
作者:Lu Xiaoliang;Liu Zhunqiao;Zhao Feng;Tang Jianwu
通讯作者:Tang Jianwu
行播作物冠层主要生长期辐射模型构建和反演研究
- 批准号:41371325
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:75.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:赵峰
- 依托单位:
力学环境对骨愈合初期的新生血管形成图式的影响研究
- 批准号:11072021
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:45.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:赵峰
- 依托单位:
行播作物辐射一体化模型的改进扩展和反演研究
- 批准号:40901156
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:18.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:赵峰
- 依托单位:
国内基金
海外基金
