地理资源所在植被叶面积指数和聚集指数季节变

 

2018-11-24 14:45

  叶面积指数(leaf area index, LAI)是指单位地面上的绿叶面积,是植被冠层最显著的特征之一。植被聚集指数(clumping index, CI)描述叶子在植被冠层中的随机和聚集分布情况。当叶子随机分布时,CI为1;当叶子聚集分布时,聚集指数小于1。自然界中大多数的叶子呈现聚集分布状态(CI1)。LAI和CI是植被光合作用模型和蒸散模型中的重要参数,在土壤-植被-大气之间物质交换与能量流动中起重要作用。精确地估计植被冠层LAI和CI,对研究植被生态水文过程、CO2和营养物质循环及气候变化对植被的影响有重要帮助。

  由于观测手段的限制,长期以来对LAI和CI二者的季节变化特征缺乏可靠的研究,对二者之间的关系也缺乏明确的结论。现有的观测大多依赖于手持式光学仪器,这些仪器通常比较费时费力,不利于大面积长时间连续观测。

  中国科学院地理科学与资源研究所研究员方红亮带领的研究团队,在中国东北选取玉米、大豆和高粱三种阔叶作物,引进最新的LAI自动观测仪器,并利用智能手机观测方法,于2016年进行整个生长季的连续观测,获得了首套完整的全生长季同步LAI和CI数据。

  通过连续观测,研究人员尝试使用全自动LAI观测仪器PASTIS-57,获得了国际上首套全生育期同步LAI和CI数据。研究团队对所获数据进行分析,发现行播作物的CI在生长季并不是简单的曲线,而是呈S型变化,CI数值先降后升最后又有下降,即植被冠层的聚集程度先增强后降低最后又增强。他们深入分析了农作物冠层的CI与LAI二者之间的关系,发现二者紧密相关并呈分段线性关系,即在作物营养生长阶段二者呈负相关,而进入生殖生长阶段后呈正相关。

  新型LAI自动观测仪器(PASTIS-57)能够较为准确的捕获阔叶作物LAI的季节变化,与传统光学仪器相比,误差在15%左右。然而,智能手机软件获取的数据可靠性较低,误差通常超过20%。该研究为进一步深入研究植被的结构特性(如LAI和CI等)提供了新的研究方向,并为合理使用LAI和CI观测仪器提供了指导,研究中获取的数据将有利于验证遥感获取的LAI和CI产品。研究工作获得了国家自然科学基金和国家重点研发计划的支持。

  黑龙江海伦农田野外叶面积指数和聚集指数测量工作报告(HELM 2016)

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