新衛星測量日光誘導葉綠素螢光可改善碳中和研究

日光誘導葉綠素螢光(Sun-Induced Chlorophyll Fluorescence,簡稱 SIF)是植物在太陽光照條件下,由光合中心發射出的光譜信號(650—800 nm),具有紅光(690 nm左右)和近紅外(740 nm左右)兩個波峰,能直接反映植物實際光合作用的動態變化。測量 SIF 非常重要,因為它與陸地總初級生產力(GPP)密切相關。GPP 計算的是一個特定區域內通過光合作用固定的二氧化碳總量。

新衛星測量日光誘導葉綠素螢光可改善碳中和研究

根據許多實驗室和野外實驗,研究表明,SIF可以有效地改善GPP的估計,這對全球碳匯研究和碳減排戰略是必要的。中國已經承諾到 2060 年實現碳中和,通過未來四十年的技術升級和能源結構調整,對減少碳排放至關重要。然而,考慮到植物所提供的大量天然碳匯(carbon sink),這個目標就更容易實現了。

擴大陸地生態系統的能力,使其成為實現碳中和的一條有效途徑。因此,科學家必須准確評估自然碳匯,以評估當前和即將到來的碳中和實施計劃。在中國科技部、中國科學院和中國氣象局的支持下,中國二氧化碳監測衛星任務(TanSat)於2016年12月發射。TanSat 監測全球大氣中的二氧化碳濃度並能夠測量 SIF。

第一張TanSat全球SIF地圖是使用基於SVD(奇異值分解)技術的數據驅動方法構建的。現在TanSat從一個新的基於物理的算法中檢索其SIF產品,該算法名為IAPCAS/SIF。這個算法是基於中科院大氣物理研究所的衛星遙感平台二氧化碳檢索算法,該算法繪制了全球大氣中的二氧化碳分布。IAPCAS/SIF算法提供了O2 A波段內757nm和771nm兩個微窗口的SIF排放數據。

由於空間尺度的差異,很難直接驗證衛星測量的SIF與在葉片或樹冠尺度測量的SIF的准確性和精確性。與基於衛星的XCO2產品一樣,SIF檢索仍然需要更全面的驗證試驗,以評估進一步碳通量估計的精度。TanSat 任務的主要研究人員楊東旭博士說:”不同算法的SIF產品之間的相互比較可以驗證算法的可靠性,同時也為後續的算法優化提供思路。

他的團隊比較了由新的 IAPCAS/SIF 算法和數據驅動(SVD)方法提供的TanSat SIF產品。考慮到規模和時間,結果表明,這兩種SIF產品在全球范圍內的吻合度很高。雖然研究小組注意到SIF地圖有輕微的區域偏差,但兩個SIF產品之間的線性相關性很強,在所有季節都高於0.73。他們的TanSat SIF算法比較發表在《大氣科學進展》上。

研究人員將分析和使用新的SIF產品來更好地了解陸地生態系統。這包括將SIF數據同化到GPP模型和全球碳通量估算中。IAPCAS/SIF算法的優化將有助於開發來自其他衛星任務的SIF產品,科學家們希望探索SIF產品的綜合使用將促進對全球碳匯和氣候變化的定量研究。

來源:cnBeta