Улучшение алгоритмов для мониторинга фотосинтеза растительности

Солнечно-индуцированная флуоресценция хлорофилла (SIF) — ключевой индикатор фотосинтеза. Башенные измерения SIF в сочетании с данными по валовой первичной продуктивности (GPP) становятся всё более ценными для изучения динамики фотосинтеза. Однако современные алгоритмы расчёта SIF страдают от неопределённостей, особенно вызванных атмосферными условиями и геометрией измерений, что искажает суточные паттерны SIF и затрудняет точный мониторинг.

Исследователи из Института аэрокосмической информации Китайской академии наук в статье для Journal of Remote Sensing представили работу, направленную на повышение точности мониторинга фотосинтеза за счёт улучшения надёжности данных SIF.

Ключевые результаты:

• Проведена комплексная оценка трёх алгоритмов расчёта дальнего красного SIF по башенным наблюдениям.
• Алгоритм Band Shape Fitting (BSF) показал наивысшую надёжность, особенно в полуденные часы. Его преимущество — в разделении атмосферного поглощения и сигнала SIF без необходимости атмосферной коррекции.
• Алгоритм Singular Vector Decomposition (SVD) показал значительные отклонения в середине дня.
• Алгоритм Three-band Fraunhofer Line Discrimination (3FLD) для достижения сопоставимых результатов требовал точной атмосферной коррекции.
• BSF-алгоритм продемонстрировал коэффициент детерминации (R²) 0.85 с фотосинтезом растительности, существенно превзойдя другие методы.

Исследование проводилось на двух площадках в Китае с высотами измерений 25 и 4 метра. Сравнивались суточные ходы SIF, рассчитанные разными алгоритмами, и их корреляция с фотосинтезом растительности и ближним инфракрасным отражением (NIRvR). BSF-алгоритм обеспечил наиболее стабильные и точные результаты, особенно в периоды высокой солнечной радиации.

Учёные подчеркнули важность совершенствования методов атмосферной коррекции для дальнейшего повышения точности. Эти результаты демонстрируют потенциал BSF-алгоритма для улучшения мониторинга растительности.

«Эта работа даёт ценные идеи для развития башенных алгоритмов расчёта SIF. Их оптимизация позволит точнее отслеживать суточные вариации фотосинтеза, что критически важно для понимания динамики экосистем», — отметил ведущий исследователь.

Усовершенствованные алгоритмы расчёта SIF открывают значительные перспективы для экологии, сельского хозяйства и исследований изменения климата, обеспечивая более глубокое понимание динамики растительности. В будущем эти алгоритмы могут быть применены и в спутниковом дистанционном зондировании для повышения точности глобального мониторинга.