[发明专利]基于叶绿素荧光的植被总初级生产力反演方法及系统

说明书

本发明公开了基于叶绿素荧光的植被总初级生产力反演方法及系统，其方法如下：A、通过SCOPE模型反演得出荧光发射效率、叶绿素功能反应中心开放比例、持续热耗散速率三者关系；B、采用全局敏感性分析GSA对SCOPE模型参数进行分析，选取决定性参数作为植物功能型PFTs的分类参数；C、获取研究区域的地面监测数据、叶绿素荧光数据、地表反射率数据以及温度数据分别计算温度胁迫因子、水分胁迫因子；D、构建叶绿素荧光反演GPP模型并计算植被总初级生产力GPP。本发明利用SCOPE模型反演得出荧光发射效率LUEf，然后结合各类数据得出温度胁迫因子、水分胁迫因子，进而训练得到叶绿素荧光反演GPP模型并反演得出植被总初级生产力GPP。

技术领域

本发明涉及植被生态系统固源领域，尤其涉及一种基于叶绿素荧光的植被总初级生产力反演方法及系统。

背景技术

人类在地球上活动，比如燃料的燃烧排放、陆地表面的人为改变以及森林砍伐，都会导致大气中的二氧化碳含量将会有明显的提高。由于光合作用在其中起到缓和作用，并且考虑碳源以及碳汇，可以有效降低二氧化碳的含量；因此，综合分析陆地总初级生产力GPP以及与生态系统的交互过程，对于我们制定应对全球气候变化的决策有着举足轻重的作用。陆地总初级生产力GPP表示陆地表面植物在单位时间内吸收太阳光能，利用CO₂和水，通过光合作用所固定有机碳的总量。植被总初级生产力是推动陆地生态系统运行以及通过碳循环和水循环参与全球气候调节的主要力量。对于陆地总初级生产力GPP的研究大致可以分为地面观测和卫星监测两个方面。

经过几十年的发展，陆地总初级生产力GPP的地面观测发展为以涡度相关法为主要技术的通量站点观测方式，以连续观测不同类型的生态系统和大气间碳及水热通量。由于FLUXNET通量站点监控网络布设成本较高、布设也需要时间，故此历史大范围的植被总初级生产力GPP数据难以获取，从而极大程度上限制了对温室效应气候变化的研究，生态系统陆地碳循环的研究仍然比较少，难以说清在目前大范围倡导的碳交易市场中，碳排放权交易机制标准的制定是否过于宽松，也无法支撑中国气候变化相关政策及标准的制定。同时，各个行业各个区域的碳排放测量标准不统一，使得气候变化的衡量在时空分布上存在这些缺陷，造成了无法很好地支撑中国碳循环环境管理的需求。

卫星监测与地面监测比起来，由于其不受地面监测站点选点的限制，能观测到大面积的数据并且其数据连续性很高，有着无可比拟的优势，很多学者设想将其运用于新一代GPP测量方法中。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于叶绿素荧光的植被总初级生产力反演方法及系统，通过卫星遥感反演可以有效弥补地面通量站点在时间上和空间上的观测不足，并为陆地碳循环研究提供了大范围长时间的基础数据，可以反演运算出植被总初级生产力及时空分布特征。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于叶绿素荧光的植被总初级生产力反演方法，其方法如下：

A、通过SCOPE模型反演得出荧光发射效率LUEf、叶绿素功能反应中心开放比例qLs、持续热耗散速率kNPQs三者关系，通过LUEf＝f(qLs,kNPQs)进行函数表达；

B、采用全局敏感性分析GSA对SCOPE模型参数进行分析，选取决定性参数作为植物功能型PFTs的分类参数；

建立qLs与kNPQs数据查找表：基于植物功能型PFTs按照时间建立qLs与 kNPQs数据查找表，叶绿素荧光数据对应在qLs与kNPQs数据查找表中DOY下面的值与SCOPE模型模拟的叶绿素荧光发射量对应匹配，在每个植物功能型 PFTs下存在qLs、kNPQs与叶绿素荧光发射量的对应组合；荧光发射效率LUEf 与叶绿素荧光发射量转换关系如下公式：

其中LUEf为荧光发射效率，SIF为SCOPE模拟出的叶绿素荧光发射量，APAR为植物吸收的光合有效辐射；