2019-05-14 12:29:01
森林中的深夜迪斯科舞厅揭示了树木的表现

2017年,来自光合作用实验室光学实验室(OPL)的小组开发了一种新方法来测量由所有植物产生的小而重要的信号,在这种情况下是树木。该信号称为叶绿素荧光,它是可见光和近红外波长的辐射发射。叶绿素荧光与植物的光合作用和健康状况有关,并且可以从远处测量,例如从塔,无人机,飞机和卫星测量。然而,对信号的解释是复杂的,并且到目前为止,仅可以在来自现场中的完全生长的树的离散光谱带内测量它。

OPL设计了一种新技术,这种技术首次允许他们从远处观察生长在森林中的成熟树木的全荧光(所有颜色)荧光。测量整个发射光谱揭示了植物性能(它们如何光合作用)和植物本身结构的信息。

到目前为止使用的传统遥感方法的问题在于,在白天,大部分荧光分布仍然隐藏在视野之外,因为信号与太阳光相比非常弱。因此,在白天测量荧光,通常称为太阳诱导荧光(SIF),需要极其灵敏和专业的仪器。这项新技术与以前的努力不同,它采用了商业上可获得的LED技术,这种技术可以在夜间照亮森林,揭示整棵树的全部光谱。

“我们意识到我们可以将夜晚用作'自然光过滤器',所以我们晚上进入森林,并将强烈的波长限制光源(商业迪斯科式光源)连接到激发荧光的塔上。接下来,我们使用专业的科学仪器,光谱辐射计,也安装在塔中观察信号,“赫尔辛基大学研究员,大气和地球系统研究所(INAR)/森林光合作用实验室研究员Jon Atherton说。赫尔辛基大学科学学院。

夜晚和灯光的结合简化了事情:夜间测量SIF可以使用更便宜(不太敏感)的仪器来完成,它提供的数据更容易理解。

荧光和陆地碳汇之间的联系

研究人员的新贡献使我们通过观察植物发出的光,更小的尺度(温室,作物,林分),以及全球使用卫星,使我们更接近“观察光合作用”。欧洲航天局正在准备FLEX卫星任务,旨在全球绘制荧光图。希望荧光将用于常规估计来自太空的植物光合作用,这是驱动陆地碳循环的过程。

森林在吸收和吸收大气碳方面的作用至关重要,并在媒体上广泛讨论。测量森林与大气之间二氧化碳的交换是通过在特定地点(通量塔站点)使用昂贵的仪器来完成的,这些仪器产生靠近站点的通量(碳交换)的局部估计。这是荧光进入游戏的地方,通过填充站点之间的覆盖(间隙)提供一种估计整个景观的光合作用的遥感友好方法。解释数据具有挑战性,但采用发光二极管诱导荧光(LEDIF)技术应该有一个重大的飞跃。

“测量来自太空的荧光的潜力确实促使我们做这项工作,尽管我们的研究结果可能还有其它应用,例如表型分析,精准耕作或森林苗圃。我们希望我们的数据可用于通知以前的算法从空间“检索”荧光。这些算法的工作方式与我们的光谱技术略有不同,因为它们利用黑暗的大气“线”来估计荧光。因此,完整的发射光谱仍然有效地隐藏在卫星数据中,这就是我们的数据透露,“Jon Atherton补充道。

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