一、仪器原理:
太阳诱导叶绿素荧光(Sun-induced chlorophyll fluorescence, SIF)植物发出的一种电磁信号:叶绿素 a 吸收的太阳光的部分能量未用于光合作用,而是在较长的波长上发射出大致覆盖 650-800 nm 光谱范围的双峰(红光690 nm和近红外740 nm)光谱。SIF 信号可对光和水胁迫等环境条件的扰动做出瞬时反应,因此是光合作用活性的直接代表。然而,SIF辐射只占植被冠层顶部反射辐射的一小部分(通常为 0.5%-2%),是一种十分微弱的信号,因此要通过光谱仪对其进行观测,需要高光谱分辨率和先进的观测方案。
二、核心优势:
支持主被动协同叶绿素荧光观测
高通量单目标叶绿素荧光观测,采集频率高
基于物联网云服务平台,支持远程监控,数据远程下载,多设备集中管理
系统便携式设计,防雨防尘,坚固耐用,工作温度范围广,适用于野外长期观测
三、主要技术性能参数:
1. 高分辨率荧光光谱仪
1) 光谱范围:650nm-800nm (730nm-780nm)
2) 光谱分辨率: ≤0.3nm (≤0.17)
3) 信噪比:≥1000:1
4) A/D 转换:18bit
2. 光路切换系统
1) 光路透过率≥80%
2) 通道数:2
3) 全部采用高通量 600μm 光纤,不锈钢 304 铠装外包层,防雨防尘,长度和数量支持定制
3. 系统软硬件参数及功能
1) 工作温度:-20℃-50℃
2) 温控系统:采用半导体 TEC 制冷及加热功能,自由切换,温度可自由设定,温度区间为 0℃-30℃(±1℃)
3) 主板功耗不大于 4W,整机功耗不大于 80W
4) 荧光可采用半球-锥体或双半球余弦观测,可长期、自动与通量 footprint 最大匹配,确保 SIF-通量数据的可耦合性
5) 设备基于物联网云服务平台,实现数据在线采集、远程控制、无线传输、实时监控、数据可视化等功能,实现多台设备集中管理,多设备界面实时显示
6) 支持入射辐照度、反射辐亮度、反射率曲线和荧光曲线实时可视化,并显示恒温箱内外温湿度,上下光路的积分时间等信息
四、扩展配置:主被动协同观测
针对草地、农田等均质景观,采用主被动 SIF 协同观测和双半球单通道方案,可以增加 SIF 观测足迹,
提高与通量数据分析耦合性。
AS-SpecFluo 系统主被动 SIF 遥感协同观测结果
五、用户使用情况
仅4年间,基于 AS-SpecFOM 系统已发表论文10篇,其中遥感顶刊RSE共4篇,期刊总影响因子高达93.22(以 2022 年计),平均9.32/篇。已发表论文引用数也逐渐增加,2020-2022年总引用数为234,平均23.4次/篇。
六、应用领域 1. 植被生理生化状态监测 2. 植被不同处理实验(如水分胁迫等)下荧光与光合系统状况监测 3. 植被冠层结构和辐射传输 4. 精准农业与产量评估 5. 植被病虫害监测 6. 碳循环与全球气候变化 7. 中科院、清华大学、浙江大学、南京大学等地基叶绿素荧光遥感观测用户,部分成果已发表在 RSE 等期刊 |
七、应用案例