植被冠層葉綠素熒光遙感觀測系統

一、儀器原理：

太陽誘導葉綠素熒光（Sun-induced chlorophyll fluorescence, SIF）植物發出的一種電磁信號：葉綠素 a 吸收的太陽光的部分能量未用于光合作用，而是在較長的波長上發射出大致覆蓋 650-800 nm 光譜范圍的雙峰（紅光690 nm和近紅外740 nm）光譜。SIF 信號可對光和水脅迫等環境條件的擾動做出瞬時反應，因此是光合作用活性的直接代表。然而，SIF輻射只占植被冠層頂部反射輻射的一小部分（通常為 0.5%-2%），是一種十分微弱的信號，因此要通過光譜儀對其進行觀測，需要高光譜分辨率和先進的觀測方案。

二、核心優勢：

支持主被動協同葉綠素熒光觀測

高通量單目標葉綠素熒光觀測，采集頻率高

基于物聯網云服務平臺，支持遠程監控，數據遠程下載，多設備集中管理

系統便攜式設計，防雨防塵，堅固耐用，工作溫度范圍廣，適用于野外長期觀測

三、主要技術性能參數：

1. 高分辨率熒光光譜儀

1) 光譜范圍：650nm-800nm (730nm-780nm)

2) 光譜分辨率: ≤0.3nm (≤0.17)

3) 信噪比:≥1000:1

4) A/D 轉換：18bit

2. 光路切換系統

1) 光路透過率≥80%

2) 通道數：2

3) 全部采用高通量 600μm 光纖，不銹鋼 304 鎧裝外包層，防雨防塵，長度和數量支持定制

3. 系統軟硬件參數及功能

1) 工作溫度：-20℃-50℃

2) 溫控系統：采用半導體 TEC 制冷及加熱功能，自由切換，溫度可自由設定，溫度區間為 0℃-30℃（±1℃）

3) 主板功耗不大于 4W，整機功耗不大于 80W

4) 熒光可采用半球-錐體或雙半球余弦觀測，可長期、自動與通量 footprint 最大匹配，確保 SIF-通量數據的可耦合性

5) 設備基于物聯網云服務平臺，實現數據在線采集、遠程控制、無線傳輸、實時監控、數據可視化等功能，實現多臺設備集中管理，多設備界面實時顯示

6) 支持入射輻照度、反射輻亮度、反射率曲線和熒光曲線實時可視化，并顯示恒溫箱內外溫濕度，上下光路的積分時間等信息

植被冠層葉綠素熒光遙感觀測系統

四、擴展配置：主被動協同觀測

針對草地、農田等均質景觀，采用主被動 SIF 協同觀測和雙半球單通道方案，可以增加 SIF 觀測足跡，

提高與通量數據分析耦合性。

AS-SpecFluo 系統主被動 SIF 遙感協同觀測結果

五、用戶使用情況

僅4年間，基于 AS-SpecFOM 系統已發表論文10篇，其中遙感頂刊RSE共4篇，期刊總影響因子高達93.22（以 2022 年計），平均9.32/篇。已發表論文引用數也逐漸增加，2020-2022年總引用數為234，平均23.4次/篇。

六、應用領域 1. 植被生理生化狀態監測 2. 植被不同處理實驗（如水分脅迫等）下熒光與光合系統狀況監測 3. 植被冠層結構和輻射傳輸 4. 精準農業與產量評估 5. 植被病蟲害監測 6. 碳循環與全球氣候變化 7. 中科院、清華大學、浙江大學、南京大學等地基葉綠素熒光遙感觀測用戶，部分成果已發表在 RSE 等期刊

七、應用案例