Direct quantification of solar-induced chlorophyll fluorescence using compact solar-blind optical radiometers
Jonas Kuhn · J. Stutz
提出太阳盲辐射计直接测量太阳诱导叶绿素荧光，无需光谱反演。
利用法布里-珀罗干涉仪双通配置，全分辨大气氧吸收线，原型实测植物。
原型3分钟精度达0.1 mW m⁻² sr⁻¹ nm⁻¹，且不受大气和光照条件影响。
可开发低成本便携SIF传感器，用于田间作物光合表型与卫星验证。
提出日盲辐射计直接测量SIF的新方法，摆脱大气与光照条件依赖，实现紧凑可野外部署的仪器，对作物光合监测与卫星验证有实质推动。
太阳诱导叶绿素荧光(SIF)的遥感提供了一种与植物光合活动相关的非侵入式定量测量手段，将叶片尺度的生理过程与冠层和生态系统行为及全球碳循环联系起来。当前的SIF测量依赖于对植物或冠层反射光谱中夫琅禾费线或大气吸收特征微小变化所对应的微弱荧光信号进行高光谱反演。由于该方法依赖于大气和光照条件，需要笨重且昂贵的仪器设备，同时复杂的反演算法要求大气光谱学专业知识。这些局限性限制了近端SIF遥感应用的广泛开展，并造成了关键的观测空白，凸显了发展简化测量方法的必要性。我们提出了一种全新的近端SIF遥感方法：太阳盲辐射计(SBR)能够完全分辨一条饱和的大气O₂吸收线(光谱宽度约0.01 nm)。在该吸收线内，SIF是唯一的自然光源，因此可以被直接测量。计算表明，SBR-SIF仪器可采用双程配置的法布里-珀罗干涉仪实现。使用我们的原型样机进行的植物测量证实了理论计算结果，可在3分钟内提供精度为0.1 mW m⁻² sr⁻¹ nm⁻¹的直接SIF测量，与传统技术相当或更高。SBR-SIF不受大气和光照条件影响，无需光谱反演或参考测量，可实现紧凑、可野外部署的仪器化测量。因此，SBR-SIF能够实现可扩展的近端SIF测量，有望推进我们对生理过程的理解，支持卫星观测的验证，并拓展SIF在生态系统监测和精准农业中的应用。