[发明专利]一种提高光合有效辐射（PAR）计算精度的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及生态系统的监测技术领域，特别是涉及一种提高光合有效辐射(PAR)计算精度的方法和系统。

背景技术

全球碳循环是发生在地球生物圈与大气圈之间最大的物质和能量循环过程。在这个过程中，陆地植被起着关键作用。通过植被的作用，将大气中的二氧化碳(CO₂)固定成有机物质，将太阳能固定成化学能，成为今天人类生产和生活的基本的物质和能量来源。光合有效辐射(photo syntheticallyactive radiation，PAR)是指进行光合作用的那部分太阳辐射(400nm-700nm)，它是形成植物干物质的能量来源，光合有效辐射是陆地生态系统和海洋生态CO₂循环的核心因素，光合有效辐射的精确测量有助于提高净第一性生产力(NPP)模型的准确率以及促进CO₂源/汇研究。因此，光合有效辐射研究在生态学、农学以及气候研究中都具有重要的意义和价值。

近几十年来，现代遥感技术日益应用于区域至全球尺度水平的生态系统碳通量模型中，并取得了相当大的进展，中外许多科学家利用遥感技术进行全球及区域尺度的PAR的反演已经取得了众多的成果。从国内外相关文献来看，估算PAR的方法可以分为两大类：一是用地面站点的观测数据进行空间上的插值来获取区域上连续的PAR；二是在卫星观测数据的基础上，以辐射传输模型为理论基础，提出适应各种传感器的PAR估算方法。

尽管很早就有大量的研究尝试利用卫星遥感数据估算太阳辐射，但是基于卫星遥感估算PAR的方法并不多。自20世纪60年代以来，人类开始有能力获得对地观测的遥感数据，使得估算高时空分辨率的光合有效辐射成为可能。Frouin et al.(1989)和Gautier et al(1980)提出的方法是在Gautier等(1980)估算太阳辐射算法的基础上做了一点修改：在有云覆盖时不考虑云的吸收作用，在晴空无云时，模型的参数按照Frouin等(1989)的设置，将总太阳辐射波段替换成PAR的波段。Eck和Dye(1991)于1991年提出使用TOMS的紫外波段的观测数据来估算PAR。Eck和Dye通过设定阈值判识影像上的云，他们认为用紫外波段的反射率可以很容易地将云和高反照率的地表区分开，除了冰和雪覆盖区。Pinker和Laszlo(1992)估算全球尺度PAR的方法来源于Pinker和Ewing(1985)估算宽波段(0.2μm-4.0μm)太阳辐射通量的方法。Pinker等利用ERBE与ISCCP遥感数据估算出全球有效光合辐射。

美国国家航天航空局(NASA)针对地观测计划(EOS)而发射Terra和Aqua两颗卫星为获取高分辨率的PAR提供了新的途径。MODIS海洋科研组(MODISOcean Scienee Team)的Kendall L.Carder等(2003)在Leckne et al.(1978)、Bird et al.(1986)、Justus和Paris(1985)、Gregg和Carder(1990)模型的基础上提出估算高分辨率的海洋PAR的方法，他们把海洋PAR产品作为MODIS的标准产品(MOD20)发布。Van Laake et al.(2004，2005)基于简化的大气辐射传输模型，利用MODIS大气产品(MOD04、MOD05、MOD06、MOD07)反演2002年哥斯达黎加地区1公里分辨率的光合有效辐射。

虽然，光合有效辐射(PAR)几乎是所有陆地生态模型的一个关键输入参数，但是目前可用于模型输入的PAR数据空间分辨率太低而不能满足在区域尺度生态模型的需要。同时分析现有算法的缺陷如下：

1)常规气象观测PAR算法及数据的缺陷：

通常PAR由地面气象站点观测到的太阳辐射乘以PAR与太阳辐射的比率得到，大范围的PAR则由站点的数据插值得到。然而由于可以常规观测太阳辐射的气象站点分布稀疏，因此插值会导致PAR精度较低。有时对于没有常规观测太阳辐射的气象站点，太阳辐射也可以根据站点观测到的降水和气温来推算。这种间接估算PAR的方法难以获取准确的PAR。因此，利用遥感数据估算PAR成为最佳途径。

2)现有利用遥感方法估算PAR算法的缺陷如下：

(1)Frouin和Gautier(1989)的方法