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在 冠層生態(tài)系統(tǒng)尺度上
監(jiān)測光合作用
是增進(jìn)我們對全球碳循環(huán)、植被脅迫
以及氣候變化認(rèn)知的關(guān)鍵
在過去十年里
日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒?SIF)
已成為量化光合作用
具有潛力的工具之一
SIF是植物葉片在光合作用過程中
發(fā)出的微弱特定波段熒光
為了解光合作用過程
提供了一個直接窗口
FluoreSens 10
日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒?/strong>系統(tǒng)
是將原型概念轉(zhuǎn)化為
投入使用的測量系統(tǒng)
一 # 系統(tǒng)的特點(diǎn)
FluoreSens 10的一個關(guān)鍵特點(diǎn)是其光路完整性。通過為每個光譜儀采用專用光纖并使用旋轉(zhuǎn)光學(xué)機(jī)構(gòu)交替捕獲天空和植被輻射，采集的信號不會無需內(nèi)部開關(guān)或分路器重定向，因此從光纖到光譜儀的輻射強(qiáng)度在整個作過程中保持不變，這是準(zhǔn)確測量SIF的基礎(chǔ)。光譜儀制造商建議僅在光纖連接物理分離時需重新校準(zhǔn)，或者在保持連接狀態(tài)下每年校準(zhǔn)一次即可。
使用HL-3P-CAL燈校準(zhǔn)后的光譜響應(yīng)。同一根光纖在重新連接前后(光纖1和光纖1*)以及使用不同的光纖(光纖 2)的響應(yīng)曲線，展示了光路的細(xì)微變化是如何引入測量誤差，凸顯了光路完整的重要性。
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FluoreSens 10采用650–800nm波段的定制高分辨率光譜儀，覆蓋了對SIF測量至關(guān)重要的O?A和O?B吸收帶。此外可以添加一個可選的低分辨率光譜儀(300–1100nm)，覆蓋可見光和近紅外范圍，用于植被指數(shù)分析(NDVI、EVI、PRI)。
光譜儀通過雙熱電冷卻(TEC)設(shè)計保持在大約-10°C，該設(shè)計將暗噪聲降低。穩(wěn)定的溫度控制可以在外部環(huán)境溫度波動及連續(xù)無人值守運(yùn)行期間，使得測量系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行。
安裝在三腳架上的 FluoreSens 10系統(tǒng)
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FluoreSens 10的核心是CR1000X系列數(shù)據(jù)采集器，可實(shí)現(xiàn)所有測量、時間同步和系統(tǒng)控制功能。研究人員可以根據(jù)研究目標(biāo)添加所需要的生物氣象傳感器，從而擴(kuò)展對多變量生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測能力。
FluoreSens 10系統(tǒng)使用了智能控制算法，根據(jù)環(huán)境光強(qiáng)自動優(yōu)化積分時間。在高輻照度下，一個完整的測量周期大約需要四秒鐘，而在多云或弱光條件下，測量周期可能會延長到大約一分鐘。系統(tǒng)的動態(tài)適應(yīng)特點(diǎn)，能夠?qū)趯訜晒夂头瓷渎蔬M(jìn)行高頻采樣，捕捉快速的生理變化信號。
光譜儀校準(zhǔn)和診斷集成到 FluoreSens 10系統(tǒng)中。兩種光譜儀都可以使用內(nèi)置的RTMC實(shí)時監(jiān)測和控制軟件進(jìn)行原位校準(zhǔn)。此功能為用戶提供了校準(zhǔn)的靈活性，保持測量精度并確保跨季節(jié)的可重復(fù)性，保證系統(tǒng)在長期野外工作的穩(wěn)定性。
要準(zhǔn)確解釋日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒?SIF)與碳通量的關(guān)系，就需要光學(xué)測量與通量測量在空間上保持一致。FluoreSens 10通過余弦校正前置光學(xué)部件實(shí)現(xiàn)了180度視場測量。確保SIF足跡與渦動相關(guān)系統(tǒng)觀測源區(qū)匹配度，提升了SIF與碳交換之間的可比性。
二 #應(yīng)用優(yōu)勢
通過將FluoreSens 10與渦動相關(guān)系統(tǒng)集成使用，研究人員能夠量化日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒?SIF)與總初級生產(chǎn)力(GPP)之間的對應(yīng)關(guān)系，從而深入了解光能利用效率和碳同化動態(tài)。這些數(shù)據(jù)有助于完善陸地生物圈模型，提高預(yù)測碳循環(huán)對氣候變化反饋的能力。
FluoreSens 10對SIF的測量能夠在可見癥狀出現(xiàn)之前揭示植物生理脅迫反應(yīng)。SIF 強(qiáng)度和光譜形狀的變化可表明干旱、溫度脅迫或養(yǎng)分限制。與植被指數(shù)相結(jié)合，能夠為植物健康監(jiān)測和脅迫反應(yīng)研究提供全面的診斷框架。
地面觀測SIF對于驗證衛(wèi)星遙感(如 GOSAT、TROPOMI、OCO-2、FLEX)獲取的熒光數(shù)據(jù)起著關(guān)鍵作用。FluoreSens 10的持續(xù)觀測可為算法模型開發(fā)和尺度匹配研究提供必要的參考數(shù)據(jù)。
FluoreSens 10 的光路完整性、快速自適應(yīng)測量周期、熱穩(wěn)定性和精確同步等特性，有助于地面熒光的長期穩(wěn)定監(jiān)測并獲得高質(zhì)量可靠的數(shù)據(jù)，為科研人員研究光合效率、植被脅迫、碳通量動態(tài)、生態(tài)系統(tǒng)健康以及氣候模型提供有力支持。
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