一種植被冠層光合有效輻射吸收比例的觀測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及植物遙感技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種植被冠層光合有效輻射吸收比例的觀測系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]植被吸收光合有效輻射占到達(dá)植被冠層頂部的光合有效輻射的比例稱之為光合有效福射吸收比例(Fract1n of Absorbed Photosynthetically ActiveRadiat1n, FPAR)。FPAR是光能利用率模型反演總第一性生產(chǎn)力(Gross PrimaryProductivity, GPP)的重要輸入?yún)?shù)，F(xiàn)PAR也可作為植被覆蓋及變化的指標(biāo)。常見的FPAR反演方法是利用歸一化植被指數(shù)NDVI和MODIS增強(qiáng)植被指數(shù)(Enhanced Vegetat1nIndex, EVI)獲取。在一定范圍內(nèi)，F(xiàn)PAR與NDVI之間存在線性關(guān)系。如CASA模型中FPAR采用了對NDVI線性拉伸模型，然而FPAR與各類植被指數(shù)相關(guān)關(guān)系成立的條件十分苛刻，不具有普遍適用性，再加上NDVI的飽和現(xiàn)象，也會降低FPAR反演的精度。除了通過建立各類植被指數(shù)與FPAR間關(guān)系來計(jì)算FPAR，學(xué)者們也在探討從輻射傳輸機(jī)理出發(fā)給出FPAR的表達(dá)式。其中NASA的FPAR產(chǎn)品算法中的主要算法是基于三維輻射傳輸模型描述冠層的光譜和方向特性，考慮到植被冠層內(nèi)輻射傳輸?shù)奶厥庑裕讶S輻射傳輸模型分解為兩個子模型:考慮冠層內(nèi)輻射場為黑體背景時的輻射以及單獨(dú)考慮冠層底各向異性發(fā)射源的輻射，冠層反射率和吸收率認(rèn)為是兩者的加權(quán)平均，這種計(jì)算方法的精確度不高。Chen等也基于輻射傳輸理論建立了 FPAR與地表反照率、冠層孔隙率以及LAI的方程，模型中考慮了土壤背景反射的光合有效輻射被冠層吸收的部分，并將該方法用于反演NPP的模型之中，但此種方法并為考慮到植被冠層對光合有效輻射的反射，是的計(jì)算結(jié)構(gòu)也存在一定的不準(zhǔn)確性。陶欣結(jié)合輻射傳輸模型以及幾何光學(xué)模型給出了 FPAR的表達(dá)式，此種方法的參數(shù)獲取難度大，并且計(jì)算過程復(fù)雜。另外現(xiàn)有的光合有效輻射吸收比例的觀測方法均通過手持設(shè)備實(shí)現(xiàn)，不能實(shí)時、自動以及連續(xù)觀測，因此不能得到FPAR的日變化、季變化的數(shù)據(jù)等，為FPAR的驗(yàn)證和精度評價帶來一定的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003](一 )要解決的技術(shù)問題
[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何在保證通用性強(qiáng)，使用簡便，精度高的前提下，實(shí)時、自動、連續(xù)觀測植被冠層光合有效輻射吸收比例。
[0005]( 二 )技術(shù)方案
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種植被冠層光合有效輻射吸收比例的觀測系統(tǒng)，包括距離植被冠層頂部第一設(shè)定距離，且位于植被冠層上方的第一光合有效輻射采集單元；距離地面第二設(shè)定距離的第二光合有效輻射采集單元；接收所述第一光合有效輻射采集單元、第二光合有效輻射采集單元采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器；
[0007]所述第一光合有效輻射采集單元用于采集植被冠層反射的第一光合有效輻射以及植被冠層接收到的第二光合有效輻射；所述第二光合有效輻射采集單元用于采集土壤背景反射的第三光合有效輻射以及土壤背景接收到的第四光合有效輻射；所述數(shù)據(jù)采集器根據(jù)接收的數(shù)據(jù)計(jì)算得到光合有效輻射吸收比例。
[0008]優(yōu)選地，所述第一光合有效輻射采集單元包括兩個光量子通量傳感器，其中一個所述光量子通量傳感器的探頭朝上設(shè)置，另一個所述光量子通量傳感器的探頭朝下設(shè)置。
[0009]優(yōu)選地，所述第一光合有效輻射采集單元的數(shù)量為一個。
[0010]優(yōu)選地，所述第二光合有效輻射采集單元包括兩個光量子通量傳感器，其中一個所述光量子通量傳感器的探頭朝上設(shè)置，另一個所述光量子通量傳感器的探頭朝下設(shè)置。
[0011]5優(yōu)選地，所述第二光合有效輻射采集單元的數(shù)量為一個或一個以上。
[0012]優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集器設(shè)置網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，用于與外部終端通過有線或無限的方式進(jìn)行通訊。
[0013]優(yōu)選地，所述第一設(shè)定距離為40cm?50cm ;所述第二設(shè)定距離為5?10cm。
[0014]一種植被冠層光合有效輻射吸收比例的觀測方法，所述方法包括以下步驟:
[0015]S1、在植被冠層上方，距離植被冠層頂部第一設(shè)定距離處架設(shè)第一光合有效輻射采集單元，在距離地面第二設(shè)定距離處架設(shè)第二光合有效輻射采集單元；
[0016]S2、所述第一光合有效輻射采集單元采集植被冠層反射的第一光合有效輻射以及植被冠層接收到的第二光合有效輻射，并傳遞給所述數(shù)據(jù)采集器；
[0017]S3、所述第二光合有效輻射采集單元采集土壤背景反射的第三光合有效輻射以及土壤背景接收到的第四光合有效輻射；并傳遞給所述數(shù)據(jù)采集器；
[0018]S4、所述數(shù)據(jù)采集器用于實(shí)時接收所述第一光合有效輻射采集單元、第二光合有效輻射采集單元采集到的數(shù)據(jù)，并計(jì)算得到光合有效輻射吸收比例。
[0019]優(yōu)選地，所述第一光合有效輻射采集單元包括兩個光量子通量傳感器，其中一個所述光量子通量傳感器的探頭朝上設(shè)置，另一個所述光量子通量傳感器的探頭朝下設(shè)置；
[0020]所述第二光合有效輻射采集單元包括兩個光量子通量傳感器，其中一個所述光量子通量傳感器的探頭朝上設(shè)置，另一個所述光量子通量傳感器的探頭朝下設(shè)置。
[0021]優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集器計(jì)算所述光合有效輻射吸收比例的方法具體包括以下步驟:
[0022]S41、計(jì)算土壤背景吸收的光合有效輻射Ls，具體為:
[0023]Ls — L Soii1-Lsoin2
[0024]其中，Lstjill表示所述土壤背景接收到的第四光合有效輻射，L ,。⑷表示所述土壤背景反射的第三光合有效輻射；
[0025]S42、計(jì)算植被冠層吸收的光合有效輻射Lv，具體為:
[0026]Lv= L canl-Lcan2-Ls
[0027]其中，Lcanl表示所述植被冠層接收到的第二光合有效輻射，L ran2表示植被冠層反射的第一光合有效輻射；
[0028]S43、計(jì)算所述光合有效輻射吸收比例FPAR，具體為:
[0029]FPAR = Lv/Lcanl。
[0030]
[0031](三)有益效果
[0032]本發(fā)明提供了一種植被冠層光合有效輻射吸收比例的觀測系統(tǒng)及方法；本發(fā)明通過測量冠層頂部以及冠層底部光合有效輻射的方法來計(jì)算光合有效輻射吸收比例，可以根據(jù)具體實(shí)際情況將第一光合有效輻射采集單元、第二光合有效輻射采集單元設(shè)在植被冠層的不同位置，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)自動觀測和記錄，這樣能夠減少人工測量的成本，以及人工測量中的誤差和人為干擾，并能夠獲取實(shí)時、長時間序列的數(shù)據(jù)，在保證通用性強(qiáng)，使用簡便，精度高的前提下，實(shí)時、自動、連續(xù)觀測植被冠層光合有效輻射吸收比例。
【附圖說明】
[0033]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0034]圖1為本發(fā)明的一種植被冠層光合有效輻射吸收比例的觀測系統(tǒng)的觀測示意圖；
[0035]圖2為本發(fā)明的一種植被冠層光合有效輻射吸收比例的觀測系統(tǒng)中第二光合有效輻射采集單元中的光量子通量傳感器安裝示意圖；
[0036]圖3為本發(fā)明的一種植被冠層光合有效輻射吸收比例的觀測方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0038]一種植被冠層光合有效輻射吸收比例的觀測系統(tǒng)，包括位于植被冠層上方，距離植被冠層頂部第一設(shè)定距離的第一光合有效輻射采集單元；距離地面第二設(shè)定距離的第二光合有效輻射采集單元；接收所述第一光合有效輻射采集單元、第二光合有效輻射采集單元采集數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器；所述第一光合有效輻射采集單元用于采集植被冠層反射的第一光合有效輻射以及植被冠層接收到的第二光合有效輻射；所述第二光合有效輻射采集單元用于采集土壤背景反射的第三光合有效輻射以及土壤背景接收到的第四光合有效輻射；所述數(shù)據(jù)采集器用于實(shí)時接收所述第一光合有效輻射采集單元、第二光合有效輻射采集單元采集到的光合有效輻射數(shù)據(jù)，并計(jì)算得到光合有效輻射比例。
[0039]所述第一光合有效輻射采集單元包括兩個光量子通量傳感器，其中一個所述光量子通量傳感器的探頭朝上設(shè)置，另一個所述光量子通量傳感器的探頭朝下設(shè)置。優(yōu)選地，所述第一光合有效輻射采集單元的數(shù)量為一個，也可以根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置多個。
[0040]所述第二光合有效輻射采集單元包括兩個光量子通量傳感器，其中一個所述光量子通量傳感器的探頭朝上設(shè)置，另一個所述光量子通量傳感器的探頭朝下設(shè)置。優(yōu)選地，所述第二光合有效輻射采集單元的數(shù)量為一個或一個以上。
[0041]上述光量子通量傳感器為能夠探測可見光波段范圍的傳感器；上述數(shù)據(jù)采集器需具有較高靈敏度，能夠采集到極微弱的電壓值。
[0042]所述數(shù)據(jù)采集器設(shè)置網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，用于與外部終端通過有線或無限的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，以方便數(shù)據(jù)能夠通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時傳輸至數(shù)據(jù)處理的計(jì)算機(jī)。
[0043]所述第一光合有效輻射采集單元架設(shè)高度3.5米，探頭距離植被冠層頂部50cm左右為宜。
[0044]由于玉米植株為等行距等株距種植，那么最小的測量單元為四株玉米組成的方形區(qū)域，為獲得玉米植株根部及根部各個方向以及兩株玉