近日,南京大学国际地球系统科学研究所在叶绿素荧光领域取得重要进展,研究成果以《Simulating emission and scattering of solar-induced chlorophyll fluorescence at far-red band in global vegetation with different canopy structures》为题发表在遥感领域权威期刊《Remote Sensing of Environment》,https://doi.org/10.1016/j.rse.2019.111373。
植物通过光合作用在单位时间内所固定有机碳的量为植被总初级生产力(GPP),它是联系陆地碳循环与大气碳库的重要纽带,在整个陆地生态系统碳循环中起到了至关重要的作用。最近几年发展起来的叶绿素荧光遥感为陆地生态系统GPP 估算提供了新的思路和方法。植被叶绿素荧光与光合作用密切相关,能直接反映实际光合作用的状态,但是如何充分、有效利用这一新的遥感资料评估并提高陆面过程模式对于碳循环的模拟能力,仍然是目前亟待解决的问题之一。
该研究构建了适用于不同生态系统类型的荧光多次散射模拟方法,发展综合考虑发射、吸收和散射过程的冠层荧光计算方案,耦合该荧光方案的BEPS模式较好地模拟了荧光的全球分布特征(图1)。该研究进一步检验了BEPS模式中叶片和冠层尺度的荧光与GPP之间的关系,结果表明叶片尺度的荧光与GPP的关系更好,在冠层结构较为复杂的地区相关关系提高较多,在植被稀疏地区提高较小。
该研究提供了一种高效的荧光模拟方法,并揭示了冠层结构对于不同的尺度SIF-GPP关系的影响,该工作对于降低碳循环模拟的不确定性,预测生态系统对全球变化响应具有重要的意义。

论文第一作者为助理研究员邱博博士,通讯作者为张永光教授,合作者包括教授、居为民教授以及张乾博士。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金和江苏省自然科学青年基金等项目的共同资助。

 

图1(a)OCO-2卫星观测和(b)BEPS-SIF模型模拟全球尺度SIF的空间分布


图2 BEPS-SIF模型模拟的2015年(a)全球尺度观冠层SIF和GPP的R2分布图; (b)冠层SIF emission与GPP的R2提高精度(R2)