基于地球静止卫星观测的华北平原冬小麦光合作用日循环研究

Diurnal cycle of winter wheat photosynthesis in the North China Plain based on geostationary satellite observations

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摘要华北平原是我国重要的粮食产区之一,监测作物生长对于维护国家粮食安全至关重要.近年来,高时空分辨率的地球静止卫星数据被广泛应用于植被冠层光合作用研究,为开展作物光合作用高精度监测提供了技术支撑.采用日本葵花 8 号静止卫星数据反演植被近红外反射率(NIRv)和光合有效辐射(PAR),利用两者乘积NIRvP估算植被总初级生产力(GPP),并基于2018 年 1 月至 7 月华北平原冬小麦相关通量观测数据,探讨冬小麦生长季GPP日内变化差异和影响因子.结果表明:(1)NIRvP可以较好表征华北平原冬小麦GPP的动态变化,半小时尺度(R2=0.75)、日尺度(R2=0.83)和月尺度(R2=0.97)均显著相关,且随着时间向夏季推移,NIRvP和GPP估计值(GPPe)均能捕捉到GPP日间质心由下午向上午转移的趋势;(2)PAR对GPP变化的作用会影响NIRvP表征GPP变化的能力,当PAR为GPP变化的主导因素时,NIRvP与GPP具有强相关性;(3)在季节尺度上,饱和水汽压差(VPD)和地表温度与生长季内GPP呈显著负相关,气温和PAR与GPP呈显著正相关,环境因素对GPP季节变化的贡献率为:温度＞VPD＞PAR;在日尺度上,PAR和温度是日内GPP 变化的主要影响因素;在小时尺度上,VPD是GPP变化的主要影响因素.综上,地球静止卫星数据可以用于大范围监测华北平原冬小麦GPP日内变化,未来可结合高时空分辨率卫星遥感数据为华北平原农田可持续发展政策制定提供理论依据.