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利用多源观测数据和辐射传输模型解耦干旱胁迫下冠层SIF的生理与非生理信息

批准号:
42071402
项目类别:
面上项目
资助金额:
56.0 万元
负责人:
刘志刚
依托单位:
学科分类:
遥感科学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘志刚

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
作为光合作用的探针,日光诱导叶绿素荧光(SIF)对水分胁迫下植物生理异常的响应迅速。但遥感获取的冠层顶部SIF信号同时受生理和非生理因素的影响。从冠层SIF中解耦生理和非生理信息对胁迫探测有重要意义,但非常困难。本研究拟开展以小麦和玉米为研究对象梯度干旱控制实验,首先基于测量的叶片反射率、透过率和荧光光谱,利用Fluspect模型反演叶片结构、生化参数与荧光量子效率;然后利用无人机多角度高分辨率影像生成的点云,估算冠层叶倾角分布和叶面积指数;最后将叶片和冠层参数输入SCOPE模型,模拟分析生理与非生理参数对冠层SIF变化的贡献,确定水分胁迫下冠层红光和远红光波段SIF日变化的主要驱动因子和变化规律。该研究将多源观测数据与模型反演相结合,减少反演问题中的病态性,兼顾可行性和准确性。研究成果将有助于进一步厘清SIF对干旱的响应机理,为SIF农业干旱遥感监测方法打下基础。
英文摘要
As a probe of photosynthesis, sun-induced chlorophyll fluorescence (SIF)can response rapidly to the physiological abnormalities of plants under water stress. Top-of-canopy (TOC) SIF is affected by both physiological and non-physiological factors. Decoupling physiological and non-physiological information from TOC SIF is important for stress detection, but it is very difficult. In this study, the gradient drought control experiments will carried out on wheat and maize. Firstly, based on the measured reflectance, transmittance and fluorescence spectrum of the leaf, the Fluspect model will be used to invert the leaf structure, biochemical parameters and fluorescence quantum efficiency. Then the point clouds generated by the UAV multi-angle high-resolution image will be used to estimate the canopy leaf inclination distribution and leaf area index. Finally, leaf and canopy parameters will be input into the SCOPE model to simulate and analyze the contribution of physiological and non-physiological variation to the change of TOC SIF. Then, the main driving factors and changing rules of diurnal variation of SIF in red and far-red bands of canopy under water stress will be determined. This study combines multi-source observation data with model inversion to reduce the problem of ill-posed inversion, and also considers the feasibility and accuracy. The research results will help to further clarify the response mechanism of SIF to drought, and lay a foundation for SIF remote sensing monitoring method of agricultural drought.
冠层日光诱导叶绿素荧光(SIF)既包含生理(荧光量子产量),也包含非生理信息(冠层结构、入照光强等)。解耦不同信息,并阐明它们在干旱时的响应规律,对于合理利用SIF进行干旱监测具有重要意义。本项目主要面向小麦和玉米,基于多源观测数据和辐射传输模型分离了冠层SIF中的。研究发现:1)干旱胁迫时,冠层荧光的异常既来源于荧光量子产量的变化,也源自冠层结构的变化(如叶倾角变化、叶片卷曲等);2)干旱胁迫下作物的结构和荧光量子产量均呈现特定的日内变化规律。在清晨作物的结构处于最无胁迫状态,午后结构受干旱胁迫影响最显著;荧光量子产量在上午早期值最大,午后值最低;3)作物的结构和荧光量子产量的变化与叶水势密切相关,在SCOPE模型中加入叶水势有望实现对作物在干旱胁迫下的冠层SIF日内变化的准确模拟;4)基于冠层SIF的日内变化特征,本项目提出了“晨午比”这种干旱评价指数,该指数克服了传统距平指数受历史胁迫和正常生长影响的不足,可以准确评价作物在探测当日的胁迫状态,这对有效利用水资源、抗旱减灾具有重要意义。本项目提出的基于日内多时相SIF的干旱探测的机理和方法对未来的干旱遥感的传感器设计与算法开发具有理论指导价值。
基于SIF日内变化特征的作物当日干早的遥感监测方法研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    0万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    刘志刚
  • 依托单位:
干旱胁迫下作物冠层日光诱导叶绿素荧光响应规律研究
  • 批准号:
    41571409
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    刘志刚
  • 依托单位:
基于主动支持向量机的遥感影像分类研究
  • 批准号:
    40701101
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    19.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    刘志刚
  • 依托单位:
国内基金
海外基金