基于叶绿素荧光遥感的陆地生态系统蒸腾和蒸散发估算研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 郑晨 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 王绍强 |
| 关键词 | 叶绿素荧光 蒸腾/蒸散发 光化学反射指数 方向效应 两叶模型 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 日光诱导叶绿素荧光(Solar-induced chlorophyll fluorescence, SIF)地面和卫星 观测技术的快速发展为估算站点、区域和全球尺度陆地生态系统蒸腾作用 (Transpiration, T)和蒸散发(Evapotranspiration, ET)时空动态变化开辟了新的可能 性。SIF 是源自植被光合过程中光系统Ⅱ的信号，T 和 ET 是水循环系统的关键 组成部分，SIF 通过光合作用和气孔导度与 T 和 ET 关联，但简单的统计公式难 以准确描述 SIF 与 T 和 ET 之间的复杂机理过程。热耗散(等同于非光化学猝灭) 和方向效应等均会影响 SIF 估算蒸腾和蒸散发，然而目前构建的 SIF 估算蒸腾作 用和蒸散发模型并未考虑二者的影响。因此，将热耗散和方向效应纳入气孔导度 和地表导度估算过程，构建更精细的 SIF 估算蒸腾作用和蒸散发模型，以实现从 站点到全球尺度蒸腾和蒸散发的精准估算。 本文针对 SIF 估算陆地生态系统蒸腾作用和蒸散发这一目标，以单站点到多 站点再到全球尺度递进形式，聚焦 SIF 到光合和蒸腾作用的复杂机理过程，借助光化学反射指数(Photochemical reflectance index, PRI)代理非光化学猝灭的动态，分析 PRI 对 SIF 估算蒸腾作用的调节作用，探究方向效应和升尺度策略对 SIF 估算蒸腾作用和蒸散发的影响，借助阴阳叶模型和机器学习模型，拆分为阳叶 SIF(SIF sunlit )和阴叶 SIF(SIF shaded )，构建SIF sunlit和SIF shaded驱动的半机理和混 合模型，以实现多尺度蒸腾和蒸散发的精准估算。取得以下三个主要创新性结论： (1) 在单站点赵县站，高饱和水汽压亏缺(Vapor pressure deficit, VPD)条件下， 协同 PRI 和 SIF 可以提高 SIF 估算蒸腾作用的精度(R 2 增加了 0~0.27)。在高 VPD 条件下，考虑 PRI 之后，线性模型的均方根误差(Root mean square error, RMSE) 降低 28.01~29.04 W/m2，半机理模型的 RMSE 降低 17.25~22.25 W/m2，混合模型 的 RMSE 降低 28.71~36.11 W/m2。此外，线性模型能够较好地估算植被蒸腾 (RMSE=121.87~123.06 W/m2 )，半机理模型优于线性模型(RMSE=81.08~83.82 W/m2 )，混合模型模拟性能最佳(RMSE=66.95~81.13 W/m2 )。 (2) 在多站点尺度，高 VPD 条件下，MODOCGA PRI 对 SIF 估算蒸腾作用的影响并不一定显著，主要因为 MODOCGA PRI 提供的 PRI 和 GPP 关系微弱。在多站点和全球尺度，从原始观测 SIF 信号(SIF obs )推导总 SIF(SIF total )，SIF 方向效应对估算蒸腾作用的影响不可忽略。在多站点尺度，T SIF total/ET-T GPP/ET 关系比T SIF obs /ET-T GPP /ET 关系的 R 2 在大部分生态系统类型均表现为增加(Δ R 2=0.07~0.23)，而在稀树草原和 C3 农田改进不明显。在全球尺度，相比于SIF obs半机理模型，SIF total半机理模型估算的蒸腾作用与 PML-V2、GLEAM 的蒸腾作用产品相关性更好。 (3) 在多站点和全球尺度上，SIF sunlit和SIF shaded驱动的混合模型的蒸散发模拟效果优于SIF sunlit和SIF shaded驱动的半机理模型，更优于SIF obs驱动的半机理模型。SIF sunlit和SIF shaded驱动的半机理模型在估算森林生态系统蒸散发方面表现出明显的优势(R 2 = 0.47 ± 0.33)，而SIF sunlit和SIF shaded驱动的混合模型在估算在非森林生态系统蒸散发方面具有独特的优势(R 2 = 0.63 ± 0.26)。SIF sunlit和SIF shaded驱动的半机理和混合模型部分解决了SIF obs半机理模型(大叶策略)估算的全球蒸散发问题，大叶策略倾向低估森林生态系统的蒸散发，高估非森林生态系统的蒸散发。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 137 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209266]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 郑晨. 基于叶绿素荧光遥感的陆地生态系统蒸腾和蒸散发估算研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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