Глобальное усредненное пространственное распределение ключевых параметров во взаимоотношениях SIF-GPP в течение вегетационного периода 2020 года: (A) LAI, (B) вероятность побега SIF, (C) SIF, наблюдаемый со спутника (SIFobs), (D) общее возбуждение кроны SIF (SIFtotal), (E) освещенный солнцем LAI, (F) sh
Джорджия, США, 2 ноября 2026 г. /EINPresswire.com/ — Спутниковая солнечная флуоресценция хлорофилла (SIF) может отслеживать фотосинтез из космоса, но структура полога может искажать сигнал. Глобальное исследование показывает, что высота леса меняет соотношение SIF и валовой первичной продуктивности (GPP), контролируя утечку флуоресценции и баланс между освещенными солнцем и затененными листьями, что позволяет более точно оценить поглощение углерода наземными растениями.
Валовая первичная продуктивность (GPP), углерод, улавливаемый растениями посредством фотосинтеза, имеет основополагающее значение для функционирования экосистем и глобального углеродного цикла. Флуоресценция хлорофилла, индуцированная солнцем (SIF), наблюдаемая со спутника, используется в качестве показателя GPP, поскольку флуоресценция связана с распределением фотосинтетической энергии. Однако соотношение SIF-GPP варьируется в зависимости от типа растительности и условий окружающей среды, в то время как спутники обнаруживают только флуоресценцию, выходящую за полог. Расположение листьев, плотность кроны, геометрия обзора и перенос излучения могут скрывать физиологическую информацию. Высота леса влияет на перехват света, однако ее роль в интерпретации SIF остается недостаточно количественной. Учитывая эти проблемы, необходимы углубленные исследования того, как высота леса регулирует отношения SIF-GPP.
Исследователи из Нанкинского университета, Фуцзяньского педагогического университета, Университета Торонто и Китайского университета геонаук опубликовали исследование 19 августа 2026 года в Журнале дистанционного зондирования. Работа решает постоянную проблему спутникового дистанционного зондирования: преобразование наблюдений SIF в надежные оценки фотосинтеза экосистемы, несмотря на серьезные различия в архитектуре растительного покрова. Объединив глобальные наблюдения за высотой леса с угловой нормализацией SIF и двухлистной моделью, команда проверила, объясняет ли высота кроны систематические различия между сигналами флуоресценции и поглощением углерода в лесах.
Исследование идентифицирует два механизма, с помощью которых высота леса меняет отношения SIF-GPP. Более высокие навесы уменьшают вероятность выхода фотонов флуоресценции в космос, поскольку более длинные пути увеличивают рассеяние и поглощение. Во всех проанализированных типах леса вероятность побега последовательно снижалась по мере увеличения высоты. В более высоких лесах также было пропорционально меньше листьев, освещенных солнцем, и больше затененных листьев, причем обе тенденции значимы при P <0,001. Поскольку освещенные солнцем листья доминируют в излучении SIF, в то время как затененные листья вносят большой вклад в GPP, этот структурный сдвиг увеличивает соотношение GPP и SIF, обеспечивая четкое физическое объяснение зависящих от высоты отклонений в спутниковых наблюдениях SIF в глобальном масштабе в целом.
Отношение GPP к наблюдаемому SIF, K, последовательно увеличивалось с высотой леса в разных типах леса. После коррекции SIF на вероятность побега зависимость Kt = GPP/SIFtotal от высоты стала слабее, показывая, что побег фотонов является основным структурным фактором. Анализ двух листьев выявил еще одну асимметрию: освещенные солнцем листья давали более сильную флуоресценцию, тогда как затененные листья генерировали более высокий средний GPP и обычно более высокие отношения GPP к SIF. Площадь листьев, освещенная солнцем, обычно ограничивалась значениями 2 или меньше, тогда как площадь затененных листьев продолжала увеличиваться по мере увеличения общей площади листьев в более высоких и густых лесах. Исправление также изменило региональную интерпретацию. В Амазонии необработанный спутниковый SIF был заметно ниже, чем в Юго-Восточной Азии или восточной части Северной Америки, но скорректированный общий SIF полога стал сопоставимым с Юго-Восточной Азией и ближе к восточной части Северной Америки. Это указывает на то, что структурная коррекция может восстановить физиологически значимую информацию, которая в противном случае подавлялась бы сложными куполами в самых разнообразных структурах купола в глобальном масштабе.
Подчеркивая практическое значение, авторы пишут, что «будущие системы коррекции дистанционного зондирования для SIF должны включать высоту леса в качестве структурного фактора». Они утверждают, что информация о высоте кроны может уточнить модели SIF-GPP и улучшить спутниковые оценки глобальной продуктивности фотосинтеза. Будущие исследования, добавляют они, должны проверить эту структуру в более мелких пространственных масштабах с более точными наблюдениями.
Исследователи объединили глобальный продукт о высоте 30-метрового леса, полученный на основе наблюдений GEDI, с данными SIF ближнего инфракрасного диапазона TROPOMI за 2020 год, агрегированными до разрешения 0,2°. Они применили модель угловой нормализации, основанную на геометрической оптике, которая разделяет флуоресценцию освещенных солнцем и затененных листьев и оценивает вероятность выхода SIF. Двухлистовой продукт GPP с низким энергопотреблением содержал соответствующие компоненты производительности. Данные индекса площади листьев MODIS и индекса комкования, а также информация о земном покрове ESA-CCI поддерживают характеристику растительного покрова. Наблюдения SIF с облачностью 0,2 или выше были исключены, чтобы уменьшить погрешность ясного неба.
Добавление высоты леса в спутниковые модели фотосинтеза может улучшить глобальные оценки GPP, особенно в высоких и густых лесах, где структура полога сильно подавляет наблюдаемую флуоресценцию. Улучшение мониторинга GPP улучшит оценку поглощения углерода экосистемами, продуктивности лесов и обратной связи между климатом и углеродом. Будущая работа может объединить более точные карты высоты полога с наблюдениями SIF следующего поколения и наборами экологических данных более высокого разрешения. Такая интеграция могла бы улучшить региональный и глобальный учет углерода, помогая исследователям отличать структурные изменения в растительности от физиологических реакций на изменение климата, нарушения или управление лесами.
Ссылки
DOI
10.34133/дистанционное зондирование.1061
Исходный URL-адрес источника
Информация о финансировании
Это исследование было поддержано Национальной программой ключевых исследований и разработок Китая (2024YFF1308100), Национальным фондом естественных наук Китая (42471347) и Фондом естественных наук провинции Цзянсу (BK20240068).
Люси Ван
Биодизайн Исследования
Юридическая оговорка:
EIN Presswire предоставляет этот новостной контент «как есть», без каких-либо гарантий. Мы не несем никакой ответственности за точность, содержание, изображения, видео, лицензии, полноту, законность или достоверность информации, содержащейся в этой статье. Если у вас есть какие-либо жалобы или проблемы с авторскими правами, связанные с этой статьей, свяжитесь с автором выше.
