AS-SpecFluo植被冠层叶绿素荧光遥感观测系统

一、仪器原理：

太阳诱导叶绿素荧光（Sun-induced chlorophyll fluorescence, SIF）植物发出的一种电磁信号：叶绿素 a 吸收的太阳光的部分能量未用于光合作用，而是在较长的波长上发射出大致覆盖 650-800 nm 光谱范围的双峰（红光690 nm和近红外740 nm）光谱。SIF 信号可对光和水胁迫等环境条件的扰动做出瞬时反应，因此是光合作用活性的直接代表。然而，SIF辐射只占植被冠层顶部反射辐射的一小部分（通常为 0.5%-2%），是一种十分微弱的信号，因此要通过光谱仪对其进行观测，需要高光谱分辨率和的观测方案。

二、核心优势：

支持主被动协同叶绿素荧光观测

高通量单目标叶绿素荧光观测，采集频率高

基于物联网云服务平台，支持远程监控，数据远程下载，多设备集中管理

系统便携式设计，防雨防尘，坚固耐用，工作温度范围广，适用于野外长期观测

三、主要技术性能参数：

1. 高分辨率荧光光谱仪

1) 光谱范围：650nm-800nm (730nm-780nm)

2) 光谱分辨率: ≤0.3nm (≤0.17)

3) 信噪比:≥1000:1

4) A/D 转换：18bit

2. 光路切换系统

1) 光路透过率≥80%

2) 通道数：2

3) 全部采用高通量 600μm 光纤，不锈钢 304 铠装外包层，防雨防尘，长度和数量支持定制

3. 系统软硬件参数及功能

1) 工作温度：-20℃-50℃

2) 温控系统：采用半导体 TEC 制冷及加热功能，自由切换，温度可自由设定，温度区间为 0℃-30℃（±1℃）

3) 主板功耗不大于 4W，整机功耗不大于 80W

4) 荧光可采用半球-锥体或双半球余弦观测，可长期、自动与通量 footprint 匹配，确保 SIF-通量数据的可耦合性

5) 设备基于物联网云服务平台，实现数据在线采集、远程控制、无线传输、实时监控、数据可视化等功能，实现多台设备集中管理，多设备界面实时显示

6) 支持入射辐照度、反射辐亮度、反射率曲线和荧光曲线实时可视化，并显示恒温箱内外温湿度，上下光路的积分时间等信息

四、扩展配置：主被动协同观测

针对草地、农田等均质景观，采用主被动 SIF 协同观测和双半球单通道方案，可以增加 SIF 观测足迹，

提高与通量数据分析耦合性。

AS-SpecFluo 系统主被动 SIF 遥感协同观测结果

五、用户使用情况

仅4年间，基于 AS-SpecFOM 系统已发表论文10篇，其中遥感顶刊RSE共4篇，期刊总影响因子高达93.22（以 2022 年计），平均9.32/篇。已发表论文引用数也逐渐增加，2020-2022年总引用数为234，平均23.4次/篇。

六、应用领域 1. 植被生理生化状态监测 2. 植被不同处理实验（如水分胁迫等）下荧光与光合系统状况监测 3. 植被冠层结构和辐射传输 4. 精准农业与产量评估 5. 植被病虫害监测 6. 碳循环与气候变化 7. 中科院、清华大学、浙江大学、南京大学等地基叶绿素荧光遥感观测用户，部分成果已发表在 RSE 等期刊

七、应用案例