北方針葉林光合作用SIF與碳通量多尺度耦合研究——FloX 與 LI-7200 的結合應用

原文以Modelling sun-induced chlorophyll fluorescence (SIF) in evergreen conifer forests with a terrestrial biosphere model 為標題發表在 EGUsphere 上

作者 | Thum T, Pacheco-Labrador J, Aurela M 等

北方針葉林帶的歐洲赤松（Scots pine）SIF 發射光譜（引自 Magney et al., 2019b）。其中，實線表示 FloX 觀測及 TROPOMI 衛星 SIF 反演所采用的波段位置，彩色影區表示 PhotoSpec 系統用于 SIF 反演的波長范圍。

• 哪些輻射傳輸模型在 SIF 模擬中能兼顧穩健性與計算效率？
• 如何在模型中合理刻畫持續性非光化學猝滅對 SIF 信號的影響？
• 原位觀測與衛星觀測的 SIF 在模型構建中的優勢各是什么？

• 高光譜分辨率：光譜儀分辨率 0.3 nm，采樣間隔 0.17 nm，能夠捕捉微弱熒光變化。
• 高信噪比（SNR）：高達 1000，精確捕捉紅光/近紅外葉綠素熒光波段（650–800 nm）信號。
• 雙通道上行/下行測量：下行通道測量太陽入射輻射（視場角 180°），上行通道測量冠層反射輻射（視場角 25°），同時獲取入射與反射光數據，有助于輻射傳輸建模與信號解耦。
• 溫控設計：光譜儀嵌入溫控外殼，保持暗電流穩定，提高長期戶外觀測精度與可靠性。

• 高精度氣體濃度測量：高頻溫度和壓力測量系統，可直接獲得真實摩爾分數，實現 CO?/H?O 通量的準確測量。
• 穩定可靠的溫控設計：光源與探測器溫度可控，即使環境溫度大幅波動仍能保持測量穩定。
• 優異的光學性能與抗污染能力：精密光學元件降低灰塵等環境干擾，藍寶石防刮鏡片易于現場清潔；光學系統與溫控設計提升長期穩定性，即使數周未清潔仍可保持準確。
• 主流觀測網絡：廣泛應用于 NEON、ICOS 等國際主流通量觀測網絡。

• 不同冠層輻射傳輸模型在季節尺度上表現總體類似，能夠合理再現 SIF 的時間變化與季節特征。
  
  
• L2SM 方法在多站點表現穩定，計算效率高，適合大尺度模型應用。
  
  
• 持續性 NPQ 在解耦模擬 SIF 與光合有效輻射吸收（absorbed PAR）關系中起到了關鍵作用，不同站點氣候條件會影響模型表現。
  
  
• 衛星觀測數據（如 TROPOSIF）對原位觀測起到了補充作用，在尺度模型中，有潛力用于持續性 NPQ 的參數化及模型驗證。

三個不同站點在 6 月和 7 月期間半小時尺度下，GPP 與遠紅光波段 SIF 之間的觀測關系（a）與模擬關系（b）。模擬結果采用 L2SM 方法。CA-Obs 站點為半小時分辨率數據，FI-Sod 和 US-NR1 站點為小時分辨率數據。圖中，午前的數據以圓點表示，午后的數據以叉號表示；實線表示雙曲函數擬合結果。