日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒猓⊿IF）是植物光合作用過(guò)程中釋放的微弱光信號(hào)，直接反映光能轉(zhuǎn)化效率。在氣候變暖背景下，SIF能夠追蹤光合作用的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，為農(nóng)業(yè)干旱預(yù)警和產(chǎn)量損失量化提供過(guò)程級(jí)數(shù)據(jù)。愛(ài)博能ABN-SIF系統(tǒng)覆蓋地面定點(diǎn)連續(xù)監(jiān)測(cè)和無(wú)人機(jī)區(qū)域巡航兩個(gè)層級(jí)，將氣候變暖對(duì)農(nóng)業(yè)的影響從定性描述轉(zhuǎn)化為可追溯的時(shí)序數(shù)據(jù)。

閃旱預(yù)警：SIF變化速度比絕對(duì)值更關(guān)鍵

閃旱的特征

閃旱由高溫和短時(shí)降水缺口共同驅(qū)動(dòng)，從觸發(fā)到土壤水分急劇下降通常只需5到30天。2012年美國(guó)中西部玉米主產(chǎn)區(qū)從5月的異常暖春快速轉(zhuǎn)入7月的干旱，導(dǎo)致大幅減產(chǎn)。常規(guī)干旱監(jiān)測(cè)體系依賴降水赤字的長(zhǎng)期積累判斷，在閃旱場(chǎng)景下響應(yīng)滯后。

SIF快速變化指數(shù)（RCI）方案

康涅狄格大學(xué)Mohammadi等人（2022）提出了一種基于SIF軌跡的閃旱早期預(yù)警方案。該方法追蹤SIF的變化速度，將GOME-2衛(wèi)星2007至2018年的8天合成SIF數(shù)據(jù)輸入快速變化指數(shù)（RCI）。當(dāng)SIF的增長(zhǎng)速度明顯慢于歷史同期，或衰減速度快于歷史同期時(shí)，RCI轉(zhuǎn)為負(fù)值信號(hào)。

在2012年美國(guó)大平原閃旱事件中，SIF RCI在當(dāng)年5月初已轉(zhuǎn)為顯著負(fù)值。這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)本應(yīng)是SIF春季快速攀升期，實(shí)際卻出現(xiàn)了異常放緩。美國(guó)旱情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（USDM）直到6月下旬至7月初才在該區(qū)域標(biāo)定旱情。

SIF RCI在閃旱發(fā)生前可提供2周到2個(gè)月的預(yù)警窗口，同時(shí)能提前數(shù)周預(yù)測(cè)旱情恢復(fù)。2017年的另一次閃旱事件驗(yàn)證了這一結(jié)論。

(A)2012年與(B)2017年SIF的8天合成空間平均時(shí)間序列，及其與氣候態(tài)的對(duì)比。樣區(qū)分別位于美國(guó)中西部（35-40°N, 95-100°W）和美國(guó)北部大平原（45-50°N, 100-105°W）的5°×5°區(qū)域。

量化產(chǎn)量損失：SIF作為干旱損失代理指標(biāo)

單產(chǎn)與SIF的百分比變化一致性

南方科技大學(xué)Zhou等人（2022）在一項(xiàng)覆蓋中國(guó)所有主要地表類(lèi)型的研究中發(fā)現(xiàn)，糧食單產(chǎn)的百分比變化與SIF的百分比變化趨勢(shì)一致。這一發(fā)現(xiàn)表明SIF有望成為量化干旱產(chǎn)量損失的實(shí)時(shí)代理指標(biāo)。

SIF與NDVI的對(duì)比

同一項(xiàng)研究用2001至2019年的GOSIF數(shù)據(jù)（0.05°分辨率，8天步長(zhǎng)）和同期NDVI分別與GPP、糧食單產(chǎn)做了相關(guān)性分析：

• 中國(guó)南部，SIF與GPP的相關(guān)系數(shù)為0.80到1.00，NDVI僅為0.20到0.60

• 云貴高原，NDVI與GPP之間出現(xiàn)負(fù)相關(guān)區(qū)間（-0.50到0.80）

• 在東北平原、華北平原、長(zhǎng)江中下游、云貴高原和阿勒泰-天山北麓五個(gè)主要糧區(qū)，SIF與單產(chǎn)的多項(xiàng)式擬合R2全面高于NDVI

  
  

  SIF與單產(chǎn)的百分比變化一致性，使其能夠充當(dāng)量化干旱產(chǎn)量損失的實(shí)時(shí)代理指標(biāo)。NDVI在這一場(chǎng)景下的表現(xiàn)受綠度飽和限制，敏感度偏低。

2009~2010干旱年度單位谷物單產(chǎn)/SIF/NDVI與相應(yīng)年平均年值的百分比變化

從衛(wèi)星到田間：地面SIF連續(xù)監(jiān)測(cè)的補(bǔ)充角色

衛(wèi)星SIF的局限

衛(wèi)星SIF解決了大尺度覆蓋問(wèn)題，存在兩個(gè)局限：空間分辨率較粗，以及數(shù)天的重訪周期在閃旱5到30天的窗口期內(nèi)采樣密度不足。

ABN-SIF地面與無(wú)人機(jī)系統(tǒng)

愛(ài)博能ABN-SIF-1/2在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以分鐘級(jí)間隔記錄冠層SIF的時(shí)序變化，適用于農(nóng)業(yè)氣象站、科研實(shí)驗(yàn)站、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田示范區(qū)的長(zhǎng)期跟蹤。ABN-SIF-UAV1/2無(wú)人機(jī)載版本適合區(qū)域抽樣，彌補(bǔ)衛(wèi)星時(shí)間分辨率不足的問(wèn)題。

將衛(wèi)星的面數(shù)據(jù)和地面的點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)合，才有可能將"氣候變暖對(duì)農(nóng)業(yè)的影響"從一句定性描述，變成一組可追溯、可比較、可量化的時(shí)序數(shù)據(jù)。我們提供從設(shè)備到數(shù)據(jù)解讀的完整技術(shù)支持。

常見(jiàn)問(wèn)題 FAQ

閃旱和常規(guī)干旱的區(qū)別是什么？

常規(guī)干旱依賴長(zhǎng)期降水赤字積累，發(fā)展周期通常以月或季度計(jì)。閃旱由高溫和短時(shí)降水缺口共同驅(qū)動(dòng)，從觸發(fā)到土壤水分急劇下降通常只需5到30天，發(fā)展速度遠(yuǎn)高于常規(guī)干旱。

SIF RCI和USDM的預(yù)警時(shí)間差有多大？

在2012年美國(guó)大平原閃旱事件中，SIF RCI在5月初已轉(zhuǎn)為顯著負(fù)值，USDM直到6月下旬至7月初才標(biāo)定旱情，兩者之間相差至少6到8周。2017年的驗(yàn)證案例中，RCI提前了2周到2個(gè)月。

NDVI在干旱監(jiān)測(cè)中的局限在哪里？

NDVI反映植被綠度，在植被覆蓋度較高時(shí)容易飽和。云貴高原的NDVI與GPP之間甚至出現(xiàn)了負(fù)相關(guān)區(qū)間（-0.50到0.80），說(shuō)明綠度指標(biāo)對(duì)光合作用的敏感度偏低，難以捕捉脅迫早期的生理變化。

ABN-SIF-1/2和UAV1/2分別適合什么場(chǎng)景？

ABN-SIF-1/2為地面固定站點(diǎn)設(shè)計(jì)，以分鐘級(jí)間隔連續(xù)監(jiān)測(cè)冠層SIF，適合農(nóng)業(yè)氣象站和科研實(shí)驗(yàn)站的長(zhǎng)期跟蹤。ABN-SIF-UAV1/2為無(wú)人機(jī)載版本，適合區(qū)域抽樣和靈活巡測(cè)，彌補(bǔ)衛(wèi)星重訪周期和地面固定站空間覆蓋的不足。

案例來(lái)源：

1. Mohammadi et al. (2022). Flash drought early warning based on the trajectory of solar-induced chlorophyll fluorescence. Proceedings of the National Academy of Sciences.

2. Zhou et al.. (2022). Estimating the applicability of NDVI and SIF to gross primary productivity and grain-yield monitoring in China. Remote Sensing.