關于日光誘導葉綠素熒光十二個問答

1、什么是 SIF，為什么它被稱為光合作用的探針？

SIF 全稱 “日光誘導葉綠素熒光（Sun/Solar-induced Chlorophyll Fluorescence）”，是在太陽光照射下，植被葉綠體吸收光合有效輻射后發射出的波長位于 650 - 800nm 的熒光。

當太陽光照射植被時，能量有反射、透射和被葉片吸收三種去向，葉片吸收能量后，通過光合作用、熒光和熱耗散三種方式釋放，這三種能量釋放相互競爭，SIF 強弱與光合作用能力相關，所以被稱為光合作用的探針。

2、SIF 和 GPP 有怎樣的相關性？

自 2011 年 Frankenberg 利用 GOSAT 在全球尺度實現 SIF 反演后，大量研究表明 SIF 與葉片、植株、冠層和生態系統尺度的 GPP 高度相關。但這種線性關系并不穩定，受生態系統類型、觀測幾何、冠層結構、陰葉與陽葉比例以及極端氣候事件等影響，會隨生態系統類型、時間尺度和天空狀況變化。

3、已有 LAI 和 NDVI 與 GPP 相關，為何還需要 SIF 監測？

SIF - GPP 的相關關系優于 NDVI 等植被指數與 GPP 的關系。SIF 能探測到植被表觀性狀無法反映的光合作用變化，在常綠植被和落葉樹種中優勢明顯。

例如，NDVI 在春季和秋季與 GPP 變化不同步，而 SIF 能更準確反映光合作用情況，還可用于監測植被脅迫。

4、SIF 值能表達光合強度嗎，它的單位是什么？

SIF 值有大小，是有物理意義的能量數值，不是比值。它不能直接表達光合作用強度，但與光合作用強度高度相關。其單位為 w/m2/nm/sr（每立體角每納米每平方米上的能量值） ，通過 SIF 值可了解光合作用強度。

5、如何估算熱耗散？

熱耗散即非光化學猝滅，是植被的自我保護機制。目前冠層尺度熱耗散量化困難，可通過光化學植被指數（PRI）指示。熱耗散由葉黃素色素形態變化引起，這種變化導致 531nm 處反射率下降，對 570nm 處反射率影響小。PRI 計算公式為

光譜儀測量相關光譜可同時輸出 SIF 和 PRI。

6、熒光那么小，能測量出來嗎？

自然光下的 SIF 雖小，但可通過特定技術方法提取。太陽和地球大氣層中的某些元素會吸收特定波長太陽輻射，形成夫瑯禾費暗線。暗線內太陽入射輻射下降，冠層反射輻射因 SIF 填充而使表觀反射率升高，通過暗線內外入射和反射輻射比值可提取 SIF。

7、不同植物葉片的 SIF 有區別嗎？新老葉片呢？

不同植物的 SIF 一般不同，其值主要取決于葉片葉綠素含量和光合作用能力，也受日照條件影響。新老葉片的 SIF 也遵循此規律，幼嫩葉片光合作用弱，SIF 值低，隨葉片生長 SIF 值升高，葉片衰老時 SIF 值下降。

8、葉片正反兩面的 SIF 有區別嗎？

從理論上講，葉片正反兩面反射特性與表面結構不同，SIF 值應該不同，但這方面研究較少。

9、SIF 觀測受角度影響嗎？

SIF 受觀測角度影響，觀測熱點方向（太陽輻射入射方向）的 SIF 值更明顯，能更好代表 GPP。此外，還受太陽入射天頂角和方位角影響。若研究植被光合作用能力，**利用多個時相觀測數據，基于塔基的自動觀測方式較理想。

10、樹冠葉片間的遮擋影響 SIF 觀測效果嗎？

樹冠葉片間的遮擋會影響 SIF 觀測效果，SIF 觀測受冠層結構影響，植被異質性越高，冠層反演誤差越大。

11、SIF 受太陽高度角影響嗎？

SIF 受太陽高度角影響，一天中其隨太陽高度角和輻射強度變化呈單峰型日變化。太陽高度角低于 30° 或大于 85° 時的數據一般不用于 SIF 提取，因為太陽高度角過低時，余弦校正器無法完全收集太陽光譜；過高時，會增加下行輻照度變化風險。

12、晴天、陰天和多云天氣對 SIF 觀測影響區別顯著嗎？

一般晴天才有 SIF，陰天和多云等光線較弱的情況下 SIF 較小或沒有。陰天和多云時觀測到的 SIF 值通常需濾波處理或舍棄后才能使用。