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日光诱导叶绿素荧光光谱仪
点击次数：2372 发布时间：2025/4/17 11:39:05
日光诱导叶绿素荧光(SIF) I 总初级生产力
太阳光到达叶片后，部分能量通过反射或透射损失掉，部分能量被叶片吸收。被叶片吸收的光能一部分以热耗散的形式释放，一部分用于植物的光合作用，还有一部分光能以叶绿素荧光方式释放（~2%的入射能量）。这部分向外发射的微弱能量称为日光诱导叶绿素荧光(solar-induced chlorophyll fluorescence,SIF)。其波谱范围在650nm到800nm之间。
大量研究表明SIF和植物光合作用和植物生理状态都有密切的联系。通过探测叶绿素荧光,可以间接了解植物的光合作用。因此SIF可以用来作为生态或者作物模型的输入来估算GPP（总初级生产力）。结合涡动相关系统观测结果，可以准确划分净生态系统交换量（NEE），从而更好地估算总初级生产力(GPP)和评估生态系统呼吸（RECO）。SIF还可用于卫星观测结果的地面验证以及植被受胁迫后的早期预警信号（在作物灾害出现之前SIF的变化就能被测到）等。
日光诱导叶绿素荧光(SIF) 观测原理
SIF=f(GPP)
SIF观测原理：在合适的波段内通过光谱仪多次测量入射辐射和植被冠层的出射辐射，通过计算二元多次方程组，即可得到SIF。
XST-SIFNet 日光诱导叶绿素荧光光谱仪
自动监测地物光谱反射率：高精度，低功耗，内置温控模块，适应野外环境
荧光参数自动计算：内置多种SIF计算模型，实时输出叶绿素荧光计算结果
基于云平台的数据可视化：实时测量参数与同步计算参数直观展示
多目标探测功能：内置自动光路切换模块，实现一机多目标、多角度探测
基于浏览器的操作界面：随时查看、修改参数，支持手动测量、查看及下载数据
野外调试及维护简单：软件配置、调试可实现远程网络化操作
多种数据校正模块：暗室积分球标定、辐射校正、光谱校正和暗流校正
通过国家科研单位检测中心检测，国家重点实验室定期数据标定基准机
产品概述
光谱数据是遥感信息反演的基础数据源。XST-SIFNet日光诱导叶绿素荧光光谱仪为实现全天候 高光谱数据的自动测量提供了低成本、测量方式，可以应用于长时间序列光谱数据获取与 生态环境地表参数监测。
系统组成
硬件部分
高性能光谱仪：数字型传感器，专门设计用于检测可见光-近红外波谱范围内光谱，尤其对于 叶绿素测量常用的O2B 和O2A两个氧气吸收波段具有较高的敏感性。
智能控制器：由嵌入式处理器、数据存储器、时钟电路、通信接口和指示灯电路模块组成。智 能控制器的主要功能是获取传感器采样数据，对采样数据进行计算处理、质量控制、数据存
储、通信传输，并与终端软件进行交互。
系统附件：供电系统，同时支持220V市电和太阳能两种供电方式，
可选配置时控开关以节省功耗；通讯模块，包括有线通信和无线通
信；安装附件，包括主支架、光纤基座、主机箱等安装结构件，系
统通过光纤基座可以实现最多8个辐射角度测量，其中1个为太阳辐
射，7个为地物反射辐射。 专利设计：SIF 多角度测量治具
软件部分
嵌入式软件，内置于智能控制器内：包含数据采集模块；数据处理模块，负责完成采样算法、 数据计算处理和数据质量控制；存储管理，完成对数据文件、参数文件、程序文件等的存储与管
理；数据传输；命令交互和远程升级等功能模块，实现远程参数设置、数据下载、采集器复位和软 件远程升级等。
产品功能
|
直接测量 参数 | 光谱原始数据、光谱反射率 日光诱导叶绿素荧光（SIF） 归一化植被指数（NDVI） 红边指数（REI）等 |
|
实时模拟 计算参数 | 总激发荧光（SIFT） 叶绿素荧光产额（SIFY） 光合速率（PSR），光合有效 辐射吸收比（FPAR），总初级 生产力（GPP），以及多种植 被指数 |
| 支持定制 | 用户提供定制参数计算模型， 我们实现模块嵌入自动计算 |
应用领域
植物生理领域：提高陆面植被光合作用过程模型中重要参数的连续监测能力，提高光合作 用描述的准确度，支撑发展陆面冠层辐射机理参数化方案。
植物生态领域：提供精细化的实时光合作用能量分配参数，为评估生态环境效应、开展逐日和 区域尺度的碳预测提供时序站点数据，助力双碳目标。
陆地遥感领域：具有支撑开展陆面植被生长过程与遥感观测实时数据同化能力，为区域联网观 测提供网络节点，支撑包括中国碳卫星等遥感观测数据地面验证工作。
技术参数
| 有效光谱范围 | 600nm-820nm |
| 光谱分辨率 | 0.3nm |
| 信噪比 | 1000:1 |
| 光谱采样间隔 | 0.1nm |
| 动态范围 | 5000 |
| 制冷与温控 | 光谱仪独立恒温仓，双降温模式，采用 TEC 半导与风控降温 |
| 波长标定 | 采用 Hg 灯，利用 9 点定标，程度波长的准确性 |
| 杂散光范围 | 0.06% @710 nm |
| 余弦接收器 | 采用Spectralon材料，抗紫外线，进行自动校准 |
| 积分时间 | 自动优化积分时间，可自定义积分时间，理论范围0.2ms~65s |
| 输入通道个数 | 标配2路光纤（1入射和1反射），最多支持8路光纤（1入射和7反射） |
| 光纤视场角 | 入射180°,反射25° |
| 系统控制 | 可基于浏览器，电脑、手机查看修改设备参数（如测量时间与频率） |
| 波谱测量 | 可基于浏览器，电脑、手机中断自动测量，进入手动测量模式 |
| 波谱数据可视化 | 可基于浏览器，测量结果电脑、手机实时显示，数据下载 |
| 数据管理软件 | 原始数据与模型计算结果本机保存并同时发送到云端（连接路由） |
| 数据传输 | 支持网口连接路由器无线传输；支持通过RS485串口方式本地输出 |
| 运行功耗 | 常规状态功耗 24W，峰值功耗约60W；可配时控开关夜间休眠 |
| 断电重启功能 | 支持强制断电，上电重启，避免意外断电导致设备无法启动 |
| 运行模式 | 全自动全天候观测，数据自动远程回传 |
应用案例
气象局鹤壁农业气象试验站2023年夏季，XST-SIFNet 日光诱导叶绿素荧光光谱仪观测的SIF数 据和NDVI数据，分析如下：
NDVI值从安装完成日期开始，一直处于下降阶段，说明植被在这个过程已经处于小麦生长的后 期，发育期属于衰落期，其中冠层中绿色叶片逐渐减少，直至到6月初（6月10日对应DOY = 161天 前后），小麦收割完毕，下垫面有枯黄小麦冠层变成几乎不含叶绿素的麦秸秆残留物。
SIF值的变化趋势基本上能够反映出植被衰落过程的变化，而SIF值在DOY=170天以后，有略微 的升高，可能也和田间麦秆残留物的垄间生长出绿色杂草有关，而SIF在整体为降低的趋势下，有 部分日期存在跳动现象，这是由于这些日期上的PAR值具有明显的升高。从这个结果我们也可以看
到，对SIF的解释需要综合考虑PAR和NDVI的共同作用。
2023-06-15 2023-06-29 2023-07-07 2023-07-415
原创作者：北京华辰阳光科技有限责任公司
