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叶面积指数LAI测量仪器介绍

已有 14883 次阅读 2012-7-5 14:51 |系统分类:科研笔记| 仪器, 测量, Lai

目的是给出各种测量LAI的仪器的直观介绍。

LA I 是一个无量纲、动态变化的参数, 随着叶子数量的变化而变化。另外, 植物叶子的生长与植物种类自身特性、外部环境条件以及人为管理方式有关。再加上LA I 的不同定义和假设导致了LAI 值测量的极大差异。植物LAI 的地面测量方法有2 : 直接测量和间接测量。本文简要介绍LAI2200LAI2000)、SUNSCANTRACAccuPARDHP仪器并且给出一些选择建议。目前,遥感科学国家重点实验室关于LAI测量的仪器有LAI2000LAI2200TRACLI3000A

1, LAI2200LAI2000

LAI2200植物冠层分析仪基于成熟的LAI-2000技术平台,利用“鱼眼”光学传感器(垂直视野范围148度,水平视野范围360度,波谱响应范围320nm~490nm)测量树冠上、下5个角度的透射光线,利用植被树冠的辐射转移模型(间隙率)计算叶面积指数、空隙比等树冠结构参数。利用随机FV-2200软件,可对数据进行深入处理分析。该仪器由美国LI-COR公司开发。

 

仪器组成如下图所示。

测量注意事项:

尽可能避免直射的阳光,尽量在日出日落时或者多云的天气(阴天)进行测量,如果避免不了,需要注意:1,使用270度的遮盖帽或者更小视野的遮盖帽; 2,背对着阳光进行测量,遮挡住日光和操作者本身; 3,对植物冠层进行遮阴处理; 4,如果云分布不均匀导致光线不均匀的天气条件下要等待云彩飘过并且遮挡了阳光时再进行测量。

在非均匀、不连续植被情况下以及复杂地形区的测量结果不理想。

 

2, SUNSCAN

根据冠层吸收的Beer法则(Beer’s law for canopy absorption)、WoodSunScan冠层分析方程以及Campbell的椭圆叶面角度分布方程 (Campbell’s Ellipsoidal LAD equations),使用光量子传感器来测量、计算和分析植物冠层截获和穿透的光合有效辐射及叶面积指数。该仪器由英国Delta-T Devices公司生产。

 

组成包括SunScan探测器:一支1米长,内嵌64个光合有效辐射传感器的的探测器;反射系数传感器(BFS):综合了2PAR传感器,并能很容易地计算出作物冠层的PAR及直射光与漫射光(the beam fraction)的比例关系;·数据采集终端:一种从采集和分析读数的高效、轻便的掌上电脑,内含2M内存;·SunData软件:用来对测量参数进行分析处理;三角架:用来安放BFS

测量注意事项:

为了使其具有更为广泛的应用, 提高观测精度, 应进一步针对不同作物冠层进行参数ELADP的率定。

LAI<1 的情况下,Sunscan 的测量结果较LAI-2000 更为准确。

应用SunScan测量时应在一日太阳高度角最高的时刻, 一般为12: 00~ 14: 00为宜。

测量时需要稳定的晴天。

 

3, TRAC

TRAC植物冠层分析仪由陈镜明教授研制,在冠层下方沿着横断面测定植物冠层吸收的光合有效辐射分量,然后将之转换为林隙比例分布,从而计算出叶面积指数等其它参数。TRAC 通过测量聚集指数,不用假设叶片在空间随机分布,有效地解决了聚集效应的问题。

测量注意事项:

TRAC 需在天空晴朗无云条件下测量。

但当植被稀疏不连续时,尤其是在非均质程度较高的森林地区,考虑了聚集效应的TRAC、能获得更高的精度。

 

4, AccuPAR

线性探头中包括80PAR光量子传感器,光谱响应范围为400nm~700nm,分布间隔为1cm,用于接收环境光照中PAR部分的变化,仪器可以计算天顶角,通过设置也角分布参数X和测量冠层上下PAR的光斑比率(间隙率),可以计算植物冠层的LAI值。该仪器由美国DECAGON DEVICES公司生产。

仪器测量注意事项:

可同时测量太阳直射和散射,在晴天下工作. 但由于仪器未考虑太阳半影效应影响,且针对低矮规则植被冠层开发设计,因此不宜于森林冠层LAI 的测量。

 

5, 半球摄影方法

半球摄影方法(hemispherical canopy photography (DHP) 采用视场角接近或等于180毅的鱼眼镜头摄影,将整个半球空间投影在影像水平面上成像. 商业化鱼眼镜头有极化投影、正射投影、兰伯特等积投影和立体等角投影4 种投影方式,极化投影和立体等角投影为常见的投影方式.DHP 方法早期应用于森林冠层辐射分布测量研究,而冠层辐射分布直接取决于森林冠层LAI 及其空间分布,因此后来DHP方法被推广应用于森林冠层地面LAI 测量。DHP 方法可单次测量上半球方向间隙率,因而其在冠层充分采样的同时可极大提高地面LAI 的测量精度及效率. 与其他光学测量方法相比,DHP 方法在冠层信息永久记录、冠层半球方向直射光及散射光分布测量、冠层聚集效应评估及结构参数测量等方面优势明显。

具体产品有如英国的HemiDIG 数字植物冠层分析系统; 美国Wisconsin-Madison 大学研发的多波段植物冠层摄影仪( mult iband vegetat ion imager, MVI)和美国CID 公司的CI-100/ 110 Digital Plant Canopy Imager

DHP 方法则适宜在黎明前、黄昏后和多云天气条件下观测。采用DHP 方法时,相机曝光设置、相机类型、影像分辨率等观测条件均不同程度地影响LAI 测量精度。

6, 直接测量方法

在冠层结构较小的作物(小麦)、草地地区使用了收获测量法比较准确。直接测量法是一种传统的、相对精确的方法,通常作为间接测量法的有效验证。在测量叶片面积时,通常使用的方法包括照相法、比叶面积法( SLA)等。

7, 其他方法

    北京师范大学遥感科学国家重点实验室屈永华提出了基于无线传感器网络的测量方法,目的是实现生长期内LAI的长期连续观测。


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1 夏少波

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