日(rì)光誘導葉(yè)綠素熒(yíng)光(guāng)（SIF）是(shì)植(zhí)物(wù)光合作用(yòng)過程中釋(shì)放的微弱光信(xìn)號，直接(jiē)反(fǎn)映光(guāng)能轉(zhuǎn)化效率(shuài)。在(zài)氣(qì)候變(biàn)暖背(bèi)景(jǐng)下(xià)，SIF能夠追蹤(zōng)光合作用(yòng)的(dí)實(shí)時運行(háng)狀態，為(wéi)農(nóng)業幹旱(hàn)預警(jǐng)和產(chǎn)量(liáng)損失(shī)量(liáng)化提供過(guò)程級數據。愛(ài)博能ABN-SIF係(xì)統(tǒng)覆蓋地(dì)麵定點連(lián)續監測(cè)和(hé)無人機區域巡航(háng)兩(liǎng)個(gè)層級(jí)，將氣候(hòu)變(biàn)暖(nuǎn)對農業(yè)的影(yǐng)響從(cóng)定(dìng)性(xìng)描(miáo)述轉化為可追(zhuī)溯(sù)的(dí)時序數據。

閃(shǎn)旱(hàn)預警：SIF變(biàn)化速度(dù)比絕對值更關(guān)鍵

閃(shǎn)旱的(dí)特征

閃(shǎn)旱由(yóu)高(gāo)溫和(hé)短(duǎn)時(shí)降水缺口共(gòng)同(tóng)驅動(dòng)，從觸發到土壤水分(fēn)急劇下降通常(cháng)隻(zhī)需5到(dào)30天(tiān)。2012年美(měi)國中西部(bù)玉米(mǐ)主產(chǎn)區(qū)從5月的異(yì)常暖春快速轉(zhuǎn)入(rù)7月(yuè)的(dí)幹旱，導(dǎo)致大幅減產。常規幹(gān)旱(hàn)監(jiān)測體係依(yī)賴降水赤字的長期(qī)積(jī)累(léi)判(pàn)斷(duàn)，在(zài)閃(shǎn)旱場景(jǐng)下響應滯後。

SIF快速變(biàn)化指(zhǐ)數（RCI）方案

康涅狄格大(dà)學Mohammadi等人(rén)（2022）提出(chū)了一(yī)種基於(yú)SIF軌跡的閃(shǎn)旱(hàn)早期(qī)預警方(fāng)案。該方法(fǎ)追(zhuī)蹤SIF的變化(huà)速(sù)度，將(jiāng)GOME-2衛星2007至(zhì)2018年的8天(tiān)合(hé)成SIF數(shù)據輸(shū)入快速(sù)變化指(zhǐ)數（RCI）。當(dāng)SIF的增(zēng)長速度明顯(xiǎn)慢於歷(lì)史(shǐ)同(tóng)期，或(huò)衰減速(sù)度快於(yú)歷史同期時，RCI轉(zhuǎn)為負值信號(hào)。

在(zài)2012年美國大平(píng)原閃(shǎn)旱事件中，SIF RCI在(zài)當(dāng)年(nián)5月初(chū)已(yǐ)轉為顯著負值。這(zhè)個時間節點本(běn)應是(shì)SIF春季快速攀(pān)升(shēng)期，實際(jì)卻(què)出現了異常放緩(huǎn)。美國(guó)旱(hàn)情監(jiān)測(cè)係統（USDM）直到(dào)6月(yuè)下旬(xún)至7月初(chū)才在該區域標定(dìng)旱情(qíng)。

SIF RCI在(zài)閃(shǎn)旱(hàn)發(fā)生(shēng)前(qián)可(kě)提供2周(zhōu)到2個月(yuè)的預警窗(chuāng)口，同時(shí)能提(tí)前(qián)數周預(yù)測(cè)旱情恢(huī)復。2017年(nián)的(dí)另一次(cì)閃旱事件(jiàn)驗(yàn)證了這一結論。

(A)2012年(nián)與(B)2017年(nián)SIF的(dí)8天合(hé)成空(kōng)間平均時間序列(liè)，及(jí)其(qí)與(yǔ)氣候態的對比(bǐ)。樣(yàng)區(qū)分別(bié)位(wèi)於美國(guó)中(zhōng)西部(bù)（35-40°N, 95-100°W）和(hé)美國北部大(dà)平原（45-50°N, 100-105°W）的5°×5°區域(yù)。

量化(huà)產量損失：SIF作為幹旱(hàn)損(sǔn)失(shī)代理指標

單產與SIF的(dí)百分比(bǐ)變化(huà)一致(zhì)性(xìng)

南方科技大學Zhou等(děng)人（2022）在一項覆蓋(gài)中(zhōng)國所(suǒ)有(yǒu)主要地表(biǎo)類型(xíng)的(dí)研(yán)究(jiū)中發現，糧食單產的(dí)百(bǎi)分比變(biàn)化與(yǔ)SIF的百分(fēn)比變化趨勢(shì)一致。這(zhè)一發現(xiàn)表(biǎo)明SIF有(yǒu)望成(chéng)為(wéi)量化幹旱產(chǎn)量損失(shī)的(dí)實時代理指(zhǐ)標。

SIF與(yǔ)NDVI的(dí)對(duì)比(bǐ)

同一項研(yán)究用2001至2019年(nián)的(dí)GOSIF數據（0.05°分辨率，8天(tiān)步長）和同期NDVI分(fēn)別與GPP，糧食單產做了相(xiāng)關性分析(xī)：

• 中(zhōng)國(guó)南(nán)部(bù)，SIF與(yǔ)GPP的相關係數(shù)為(wéi)0.80到1.00，NDVI僅為(wéi)0.20到0.60

• 雲貴高(gāo)原，NDVI與(yǔ)GPP之(zhī)間出(chū)現負(fù)相關(guān)區(qū)間（-0.50到0.80）

• 在(zài)東(dōng)北平原(yuán)，華北平原，長江(jiāng)中下遊(yóu)，雲貴(guì)高(gāo)原和阿勒(lè)泰-天(tiān)山(shān)北麓(lù)五(wǔ)個主要(yào)糧區(qū)，SIF與單(dān)產(chǎn)的(dí)多(duō)項式(shì)擬(nǐ)合R²全麵高於(yú)NDVI

  
  

  SIF與單(dān)產的百分(fēn)比(bǐ)變化一(yī)致性，使(shǐ)其(qí)能夠充當(dāng)量化幹旱產量損失的(dí)實(shí)時代理(lǐ)指標(biāo)。NDVI在這一(yī)場景下的表(biǎo)現受(shòu)綠(lǜ)度飽(bǎo)和(hé)限製(zhì)，敏(mǐn)感(gǎn)度偏(piān)低(dī)。

2009~2010幹旱(hàn)年(nián)度單位穀(gǔ)物(wù)單產(chǎn)/SIF/NDVI與(yǔ)相應年平均(jūn)年值的百(bǎi)分(fēn)比(bǐ)變(biàn)化

從(cóng)衛(wèi)星到田間(jiān)：地麵SIF連續監測的補(bǔ)充(chōng)角(jiǎo)色

衛(wèi)星SIF的局(jú)限

衛(wèi)星SIF解(jiě)決(jué)了(liǎo)大(dà)尺度覆蓋問題，存在(zài)兩(liǎng)個局限(xiàn)：空間分辨率(shuài)較(jiào)粗，以(yǐ)及(jí)數天(tiān)的重訪周(zhōu)期(qī)在閃(shǎn)旱(hàn)5到30天的窗口期內采(cǎi)樣(yàng)密度不(bù)足。

ABN-SIF地麵與(yǔ)無人機係統

愛(ài)博能(néng)ABN-SIF-1/2在綫(xiàn)監(jiān)測係統以(yǐ)分(fēn)鐘(zhōng)級間(jiān)隔(gé)記(jì)錄冠層SIF的時(shí)序變(biàn)化，適用(yòng)於(yú)農業氣象(xiàng)站，科研(yán)實(shí)驗站，高(gāo)標(biāo)準農田示範(fàn)區(qū)的長期(qī)跟(gēn)蹤(zōng)。ABN-SIF-UAV1/2無人機(jī)載版(bǎn)本適合區(qū)域(yù)抽樣，彌補衛星(xīng)時(shí)間分辨(biàn)率(shuài)不足(zú)的(dí)問(wèn)題。

將(jiāng)衛星(xīng)的麵(miàn)數(shù)據和(hé)地麵(miàn)的點(diǎn)數據結合(hé)，才(cái)有可(kě)能(néng)將(jiāng)"氣(qì)候(hòu)變暖對農(nóng)業的影響"從一(yī)句(jù)定性(xìng)描述(shù)，變(biàn)成(chéng)一(yī)組(zǔ)可(kě)追(zhuī)溯，可(kě)比較，可量化(huà)的時序數據。我(wǒ)們(mén)提(tí)供從(cóng)設(shè)備到數(shù)據解讀(dú)的完整(zhěng)技術支持(chí)。

常(cháng)見問(wèn)題 FAQ

閃(shǎn)旱和常(cháng)規幹(gān)旱(hàn)的(dí)區別是(shì)什麼？

常規幹旱依賴長期降水赤(chì)字積累(léi)，發展(zhǎn)周(zhōu)期通(tōng)常以(yǐ)月(yuè)或季度(dù)計(jì)。閃(shǎn)旱由高溫(wēn)和短時降水缺口共同(tóng)驅(qū)動，從觸發到(dào)土(tǔ)壤水(shuǐ)分(fēn)急劇下(xià)降通常隻需5到30天，發展(zhǎn)速度遠高於常規幹旱。

SIF RCI和USDM的(dí)預警(jǐng)時(shí)間差有(yǒu)多(duō)大(dà)？

在2012年(nián)美國大平原(yuán)閃(shǎn)旱事件中(zhōng)，SIF RCI在5月初(chū)已(yǐ)轉為顯(xiǎn)著(zhù)負值，USDM直(zhí)到6月(yuè)下(xià)旬(xún)至7月初才標定(dìng)旱(hàn)情，兩(liǎng)者之(zhī)間(jiān)相(xiāng)差(chà)至(zhì)少(shǎo)6到(dào)8周。2017年(nián)的(dí)驗證案例(lì)中，RCI提前了2周(zhōu)到(dào)2個月。

NDVI在幹旱(hàn)監測(cè)中(zhōng)的(dí)局限在哪(nǎ)裏？

NDVI反映植被(bèi)綠(lǜ)度(dù)，在植被(bèi)覆(fù)蓋(gài)度較(jiào)高時(shí)容(róng)易(yì)飽和(hé)。雲貴高原的NDVI與GPP之間(jiān)甚至(zhì)出(chū)現(xiàn)了(liǎo)負(fù)相(xiāng)關區間（-0.50到(dào)0.80），說明(míng)綠度指標對(duì)光(guāng)合作(zuò)用的敏感度偏(piān)低，難(nán)以(yǐ)捕(bǔ)捉(zhuō)脅(xié)迫(pò)早期(qī)的(dí)生(shēng)理(lǐ)變化(huà)。

ABN-SIF-1/2和UAV1/2分(fēn)別(bié)適(shì)合什(shí)麼場景？

ABN-SIF-1/2為地麵(miàn)固(gù)定(dìng)站點(diǎn)設(shè)計，以(yǐ)分鐘級(jí)間(jiān)隔連(lián)續監測冠層SIF，適合農(nóng)業(yè)氣(qì)象站(zhàn)和科研實(shí)驗(yàn)站(zhàn)的(dí)長期(qī)跟蹤(zōng)。ABN-SIF-UAV1/2為(wéi)無人(rén)機載版本，適(shì)合區(qū)域抽(chōu)樣(yàng)和(hé)靈(líng)活巡測，彌補衛星(xīng)重訪周期和地麵固定(dìng)站空(kōng)間(jiān)覆蓋(gài)的不足(zú)。

案(àn)例來源(yuán)：

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.