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PROSDM:PROSPECT模型与光谱导数和相似性度量相结合从双向反射率中提取叶片生化性状的适用性叶片生化性状为理解植物光合功能、动态生长、养分循环和初级生产提供了有价值的信息。叶片叶绿素含量(Cab)、类胡萝卜素含量(Cxc)、含水量(Cw)和干物质含量(Cm)是四个重要的叶片生化性状,与植物光合作用、氮素、胁迫和衰老等健康和生长状态密切相关。能够对这些叶片生化性状进行高通量测量的方法对于表征植物生理状态和关键功能过程至关重要。PROSPECT模型是目前最常用的叶片辐射传输模型之一,可从叶片定向半球反射因子(DHRF)光谱来提取叶片生化性状,然而,在应用于叶片双向反射因子(BRF)光谱提取叶片生化性状方面尚待探索。叶片表面反射率和各向异性性状的存在可能是限制PROSPECT从叶片BRF光谱评估叶片生化性状的主要问题。基于此,在本研究中,研究者们提出了一个方法,整合了PROSPECT模型、光谱导数和相似性度量(SDM),称为PROSDM,去除了叶片BRF和DHRF光谱的差异,并从叶片BRF光谱提取了叶片生化性状。具体目标是:(1)通过PROSPECT反演调查叶片BRF和DHRF光谱差异随波长的变化以及对Cab、Cxc、Cw和Cm提取的影响,(2)开发PROSDM消除BRF和DHRF光谱差异,从叶片BRF光谱与PROSPECT和PROCOSINE以及PROCWT的比较来提取Cab、Cxc、Cw和Cm以及(3)评估PROSPECT、光谱子域、光谱噪音和模型参数范围对PROSDM性能的影响。为了获得各种叶片生化性状和反射率,作者收集了具有不同生长阶段、营养状况和种植区域的植物物种的10个数据集,包括1个测量数据集和9个公开获取数据集。从油菜(Brassica napus L.)、水稻(Oryza sativa L.)和柑橘(Citrus aurantium L.)随机采集227...
发布时间: 2022 - 01 - 20
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PROSDM:PROSPECT模型与光谱导数和相似性度量相结合从双向反射率中提取叶片生化性状的适用性叶片生化性状为理解植物光合功能、动态生长、养分循环和初级生产提供了有价值的信息。叶片叶绿素含量(Cab)、类胡萝卜素含量(Cxc)、含水量(Cw)和干物质含量(Cm)是四个重要的叶片生化性状,与植物光合作用、氮素、胁迫和衰老等健康和生长状态密切相关。能够对这些叶片生化性状进行高通量测量的方法对于表征植物生理状态和关键功能过程至关重要。PROSPECT模型是目前最常用的叶片辐射传输模型之一,可从叶片定向半球反射因子(DHRF)光谱来提取叶片生化性状,然而,在应用于叶片双向反射因子(BRF)光谱提取叶片生化性状方面尚待探索。叶片表面反射率和各向异性性状的存在可能是限制PROSPECT从叶片BRF光谱评估叶片生化性状的主要问题。基于此,在本研究中,研究者们提出了一个方法,整合了PROSPECT模型、光谱导数和相似性度量(SDM),称为PROSDM,去除了叶片BRF和DHRF光谱的差异,并从叶片BRF光谱提取了叶片生化性状。具体目标是:(1)通过PROSPECT反演调查叶片BRF和DHRF光谱差异随波长的变化以及对Cab、Cxc、Cw和Cm提取的影响,(2)开发PROSDM消除BRF和DHRF光谱差异,从叶片BRF光谱与PROSPECT和PROCOSINE以及PROCWT的比较来提取Cab、...
发布时间: 2022 - 01 - 20
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生态系统呼吸(Re)和甲烷(CH4)通量是两个重要的土壤-大气碳交换过程,已经在局地尺度上得到充分记录。然而,在流域尺度上,对青藏高原多年冻土区这些过程的空间格局和控制因素尚不清楚。基于此,为了填补研究空白,在本研究中,来自四川大学、中国科学院成都山地灾害与环境研究所、山西农业大学、中国科学院西北生态环境资源研究院和西南民族大学青藏高原研究所的研究团队在青藏高原风火山(34°40′-34°46′ N和92°50′–92°62′ E;4580-5410 m a.s.l.;图1a)测量了两个生长季节(2017年和2018年)不同坡向(北向(阴坡)和南向(阳坡))和不同海拔(低、中和高坡位)的生态系统呼吸(Re)和CH4通量,旨在阐明青藏高原草地流域尺度的Re和CH4通量模式并量化生物和非生物因子调节Re和CH4通量的相对贡献。作者利用LGR UGGA便携式温室气体分析仪+PS-3000便携式土壤呼吸系统(北京理加联合科技有限公司)+SC-11便携式呼吸室(北京理加联合科技有限公司)于2017年和2018年生长季节(6-12月)每30天测量一次Re和CH4通量。同时,还测量了土壤温度、体积含水量、地上生物量和地下生物量、土壤有机质、pH、土壤全氮、土壤容重、溶解性有机碳、微生物量碳、微生物量氮、土壤蔗糖酶活性、NH4+-N和NO3--N浓度。...
发布时间: 2022 - 01 - 18
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【摘要】森林的长期生产力和固碳能力受气候变化影响,已成为全球关注的问题。本研究中,我们提供了一种简单且无损的方法来研究多时间尺度上树木CO2同化率。这种新的方法结合了树干液流和稳定碳同位素分辨率以估算碳同化率。我们通过分析变异性并进行配对样本t检验,比较了气体交换测量和新方法测得的CO2同化率,以验证其准确性和适用性。气体交换和同位素测量都表明早晨CO2同化率高于下午,峰值在10-11 am左右出现,可能是由于夜间的水储存和早晨的高气孔导度。侧柏日,月,年尺度上CO2同化率的变异性与供水条件有关。与以往的研究相比,我们利用稳定碳同位素分辨率(Δ13C)和树干液流测量估算的年CO2同化率的结果与传统方法结果相一致。侧柏对供水可以有效的响应,这就解释了为什么它可以很好地适应半干旱区环境。估算CO2同化率的新方法是准确的,且适用于北京周边的半干旱地区。【研究区域】位于燕山鹫峰国家森林生态系统研究站(NFERS,40°03′N,116°05′E)。【碳同位素测定】利用碳同位素分析仪(CCIA-36d-EP,LGR)结合廓线系统进行长期野外观测。研究区域的地理位置(a)研究区域2013年-2016年三个土壤深度(30cm,60cm和90cm)的月土壤含水量(SWC);(b)月降水量(P)和平均气温(Ta);(c)月平均饱和水汽压差(VPD)和光合有效辐射(PAR)。(a)...
发布时间: 2020 - 09 - 11
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【摘要】最近研究发现,在混合落叶阔叶林中,相比于叶片氮含量,叶绿素含量可以更好地指示叶片的光合能力。叶片光合能力与叶绿素含量之间关系的一个关键概念就是光合成分(即光收集,光化学和生化成分)的协调调节。为了检验该假设,作者在生长季测量了水稻地叶片氮含量(NLeaf),叶片光合色素(即叶绿素(ChlLeaf),类胡萝卜素(CarLeaf)和叶黄素(XanLeaf))以及叶片光合能力(即1,5-二磷酸核酮糖(RuBP)在25℃被羧化(Vcmax25)和再生(Jmax25)的最大速率)的季节性变化。同时还调查了NLeaf,叶片光合色素,晴天中午的叶片光化学植被指数(PRILeaf,noon)的有效性及其可能的组合,以估算水稻地的叶片光合能力(即Vcmax25和Jmax25)。ChlLeaf与Vcmax25和Jmax25高度相关(R2分别为0.89和0.87),优于NLeaf(R2分别为0.80和0.85)。PRILeaf,noon与叶片色素的产物也与Vcmax25高度相关(R2=0.95-0.96)。而且叶绿素a和CarLeaf的产物可以很好地替代Vcmax25。总而言之,该研究支持了以前的发现,即叶绿素含量与Vcmax25的相关性比叶氮含量更好。而且,将PRILeaf,noon与叶片色素(即ChlLeaf,CarLeaf和XanLeaf)结合起来,为估算叶片光合能力(即Vcmax25)提...
发布时间: 2020 - 09 - 01
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【摘要】正确理解地下水循环模式及其可更新能力对地下水资源的评估、合理开发和利用至关重要。在干旱或半干旱地区地下水补给量少且变异性高,因此难以估算。同位素研究和混合模型相结合可以直接估计含水层的可更新性。本文利用环境同位素方法研究了中国西北半干旱地区—银川盆地的潜水循环模式以及更新能力,主要研究了不同水体的同位素特征,潜水同位素年龄,水循环模式以及更新速率。结果表明,银川盆地主要有两个补给源,即局部大气降水(占13%)和黄河(占87%)。银川盆地潜水的平均滞留时间是48年,平均更新速率是3.38%/a。潜水具有较强的更新能力,更新速率与同位素年龄一致。【研究区域】位于中国西北地区的银川平原。图1 银川盆地位置图【样品收集和测量】收集了来自全球大气降水监测数据和国际原子能机构的30组降水数据,并收集了11个黄河水样品,47个潜水样品。利用LGR的液态水同位素分析仪测量所有水体的δ18O,δD和δT以分析其同位素特征。【结果:地下水补给来源的确定】根据1988到2000的降水观测,地区大气降水线(LMWL)为δD = 7.22δ18O + 5.50(图2)。降水δD和δ18O加权平均值分别为-45.59‰和-6.93‰。δ18O变异性范围为-19.97‰~3.86‰,δD变异性范围为-147.70‰~5.10‰。LMWL的斜率为7.22,略低于全球平均值8(δD = 8δ18O...
发布时间: 2020 - 08 - 20
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【摘要】氢氧稳定同位素可用于追踪土壤水分的运移。尽管我们对土壤剖面渗透的水的追踪及其在径流和地下水补给中运移过程的研究已经很完善了,但土壤水的运动也包括蒸发分馏。迄今为止,土壤水的分馏因子主要是基于经验性的。与开放型水分蒸发(温度,湿度,蒸气压梯度定义的分馏)不同的是,土壤水蒸发包括土壤基质效应的分馏。我们对这些效应特征的理解仍然很差。在这里,我们使用ABB LGR的水汽同位素分析仪(IWA-45-EP)提供了一个初步结果,实验使用了4种土壤混合物,粒度从砂粒到粉粒和黏粒。结果表明土壤张力可能控制着土壤水分的同位素分馏。土壤张力与平衡分馏的关系与土壤质地无关,且得到热力学理论的充分支持。虽然结果是初步的,认为未来的工作应该关注作为土壤水和水蒸气分馏可能解释因素的土壤张力的影响。插图(a)显示了4种添加土壤混合体的水分释放曲线。在萎蔫点到吸着水范围内,2个石英砂样品的重量含水量保持在0.05 g/g。但在同一范围内,粉砂的重量含水量高达0.15 g/g。在毛细管水范围内,黏土的最高重量含水量可达0.2 g/g。土壤张力为106 hpa时,砂土样品I和II的重量含水量分别为0.01和0.005 g/g。在相同的土壤张力下,粉砂的重量含水量为0.05 g/g。重量含水量在0.05和0.005 g/g的粘质土在105 hpa以上获得了更多的数据点。(b)图表明平衡分馏因子(aP/Q)与土壤...
发布时间: 2020 - 07 - 30
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有害蓝藻(cyanoHABs)通常生长在世界各地的水生环境中,包括北美五大湖的淡水湖。营养物质丰富或过量(例如N和P)的水体可以支持蓝藻的快速生长。除此之外,水温,风,浪和水流都会影响水华的形成和垂直分布。一些蓝藻会产生有毒化合物从而危害动物和人类健康。因此对有害藻华的预先监测显得尤为重要。【摘要】利用美国航空航天局(NASA)格伦研究中心开发的高光谱成像系统于2015年至2017年在伊利湖和俄亥俄河采集高空间分辨率数据。配合密歇根理工学院实施的替代校正方法,将HSI系统采集的辐亮度数据转换为高质量的反射率数据,并使用现有算法实时监测有害藻华。替代校正方法依赖于成像光谱恒定的目标以归一化大气和仪器校准信号的高光谱数据。对伊利湖西部盆地附近的一个大型沥青停车场进行光谱特征分析,确定为一个合适的校正目标。机载HIS可以提供对水质状况的独特见解。飞机可以在云层下运行,并且可以根据需要选择和更改飞行路线,这比基于空间平台的灵活性更大。HIS能以较高的空间分辨率(~1 m)采集数据,从而可以监测小型水体,检测小块的表面浮渣,以及监测水华与感兴趣目标(例如进水口)的接近程度。借助这种新的快速周转时间,机载数据可以作为现有卫星平台的补充监测工具,针对关键区域并按需响应水华事件。2015年NASA GRC HIS停车场反射率。粗红线表示ASD FieldSpec III的原位反射率。校正前,HIS...
发布时间: 2020 - 07 - 30
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雪反照率可用于估算雪崩,美国国家航空航天局机载降雪观测台将其与激光雷达联合用于测量雪深。反照率(或“白度”)是单位时间,单位面积上各方向出射的总辐射能量与入射的总辐射能量之比,其测量范围从0(对应于吸收所有入射辐射的黑体)到1(对应于反射所有入射辐射体)。根据Wikipedia的说法“雪反照率变化很大,可以从0.9(刚落下的雪)到0.4(融化的雪)到0.2(脏雪)。南极洲平均雪反照率略高于0.8。如果积雪区域边缘变暖,雪易于融化,会降低反照率,因此积雪吸收了更多的辐射导致了更多的融雪。”在所附的文章中“The Airborne Snow Observatory: Fusion of scanning lidar, imaging spectrometer, and physically-based modeling for mapping snow water equivalent and snow albedo”特别提到了ITRES CASI在测量雪反照率上的重要性。【摘要】在世界许多山区,积雪覆盖和融化主导着区域气候和水资源。山区的融雪时间和量级主要受太阳辐射的吸收和雪水当量(SWE)的分布控制,但是即使在全球仪器设备最完善的山区,对其了解和认识仍不充分。本研究中我们描述并介绍了机载降雪观测台(ASO)的结果,它耦合了成像光谱仪,扫描激光雷达以及积雪分布模型以测定积雪光谱反照率...
发布时间: 2020 - 07 - 30
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【基本原理】硝酸盐水溶液(NO3−)的氮氧稳定同位素组成(δ15N,δ18O,δ17O)以及亚硝酸盐(NO2−)的δ15N值是土壤、雨水、地表水、地下水以及海水养分来源和动态变化的重要示踪剂。硝酸盐同位素还用于评估水生生态系统循环N的能力以及通过地下细菌反硝化等过程修复被硝酸盐污染的含水层。用叠氮化镉还原法将NO3−或NO2−转为N2O,用N2O激光光谱法进行N和O同位素分析。将激光顶空同位素分析法与同位素比质谱法进行比较。激光法可直接测量17O异常,有助于追踪大气N来源。基于此,在所附的文章中“N and O isotope (δ15Nα,δ15Nβ,δ18O,δ17O) analyses of dissolved NO3− and NO2− by the Cd‐azide reduction method and N2O laser spectrometry”,国际原子能机构(IAEA)同位素水文学实验室主任Leonard I. Wassenaar及其团队利用N2O同位素分析仪(N2OIA‐23e‐EP Model 914‐0060;Los Gatos Research,Mountain View,CA,USA)开展了相关实验。【方法】用叠氮化镉法和顶空N2O激光光谱法将其转化为N2O,在N/O稳定同位素标准物(IAEA,USGS)上测量δ15N,δ18O,δ17O。15N示踪...
发布时间: 2020 - 07 - 30
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北极苔原位于北半球,是多风无树的平原。因其温度低,生长季短,在冬季土壤下层(向下25-90 cm)被永久冻结(“多年冻土层”),阻碍了树木的生长。在夏季,多年冻土层融化仅足够用于植物的生长和繁殖,由于下层土壤冻结,水分无法下沉并形成湖泊和沼泽。苔原冻土地区占世界土壤结合碳的很大一部分(是当今大气中碳的1.5倍),湖泊和湿地中植被腐烂会产生CH4。过去几十年,人们认为北极苔原是碳汇,因为它可以通过光合作用捕获大气中大量的CO2,而如今受气候变化的影响,它已经成为重要的碳源,将温室气体释放到大气中。因此,对环境科学家而言,理解该生态系统中季节,植被,气候因子对CH4排放的影响至关重要。大量研究表明,由于多年冻土层的季节性融化,在北极地区夏季CH4从大量不稳定有机质中排放。然而,很少有研究去理解秋季,冬季和春季(代表了北极地区一年中的70-80%)的CH4排放现象。以往的几个研究表明秋季甲烷通量高,而春冬季节无甲烷通量。在所附的文章中“ Cold season emissions dominate the Arctic tundra methane budget”,一组国际跨学科的科学家们报道了全年CH4排放,包括从沿着阿拉斯加北坡300公里纬度样带上的5个阿拉斯加北极苔原涡度协方差(EC)站点测得的通量数据,旨在理解CH4通量的季节性变化。此项目中,EC塔上安装了开路分析仪和闭路LGR...
发布时间: 2020 - 07 - 30
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