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1、2021/3/91SPAC原理與實(shí)踐研究性學(xué)習(xí)之 LAI & Sunscan主講人:主講人:2012年11月2021/3/92SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & Sunscanis LAI ?2021/3/93SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanWhat is LAI ?葉面積指數(shù)(leaf area index)又叫 葉面積系數(shù),是指單位土地面積上植物葉片總面積占土地面積的倍數(shù)。即:LAI = 葉片總面積 土地面積2021/3/94SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanMean forLAI =2021/3/95SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI
2、 & SunscanWhat does it mean for us to get LAI ?1 1農(nóng)農(nóng) 業(yè)業(yè)1 1區(qū)域氣候區(qū)域氣候1 1牧牧 業(yè)業(yè)應(yīng)用1 1森森 林林2021/3/96SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanWhat does it mean for us to get LAI ?1 1農(nóng)農(nóng) 業(yè)業(yè)1 1區(qū)域氣候區(qū)域氣候1 1牧牧 業(yè)業(yè)應(yīng)用1 1森森 林林2021/3/97SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & Sunscan2021/3/98SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & Sunscan2021/3/99SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI &am
3、p; Sunscan2021/3/910SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanBack2021/3/911SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & Sunscan2021/3/912SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & Sunscan2021/3/913SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & Sunscan2021/3/914SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanHowHow to get LAI ?2021/3/915SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanHow to get LAI ?直接法間接法葉子的采集&葉面積的測量簡
4、單的說就是把葉子收集起來。用直接量測或者稱重估算的方法測出面積。 優(yōu)點(diǎn):直接測量LAI 的方法是經(jīng)典的、成熟的和相對精確的, 也是間接測定的重要校正方法。 缺點(diǎn)是:對植物本身具有一定破壞性, 必須人工采集葉子樣品, 耗時(shí)耗力, 而且采樣不一定具有代表性??傮w優(yōu)點(diǎn):不破壞植物、可以更快、更大范圍和自動(dòng)化的測量LAI, 因此被廣泛使用。2021/3/916SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanHow to get LAI ?How to get LAI ?直接法間接法葉子的采集&葉面積的測量空間檢測地面檢測接觸法非接觸法如由Wilson 提出傾斜點(diǎn)嵌塊法,。該法使用長尖針
5、( 點(diǎn)嵌塊) 在已知高度角和方位角的植物冠層上探擊, 然后計(jì)算碰擊到冠層元素的次數(shù)。LA I 測量公式如下:L = K / G()式中, L 為LAI, K 為接觸次數(shù), G() 為投影函數(shù), 為天頂角。優(yōu)點(diǎn):具有非破壞性;使用無須葉子是隨機(jī)分布的假設(shè)后LAI 與K 呈簡單的線性關(guān)系,計(jì)算簡便。缺點(diǎn):只有采樣數(shù)足夠大時(shí)才能置信, 并且對較高的冠層實(shí)施比較困難。2021/3/917SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanHow to get LAI ?How to get LAI ?直接法間接法葉子的采集&葉面積的測量空間檢測地面檢測接觸法非接觸法 地面檢測間接非接觸法主
6、要使用基于冠層內(nèi)光透射的光學(xué)模型方法。 光學(xué)模型方法應(yīng)用基于冠層組分隨機(jī)分布假設(shè)的比爾- 朗伯定律( Beer-Lambert-law ) 指數(shù)遞減模型以及基于葉角分布函數(shù)的光分布模型。 考慮了冠層輻射的截取與入射光的成分、光屬性和冠層結(jié)構(gòu)的關(guān)系, 使用光量子傳感器、電容傳感器和激光傳感器等傳感器測量到地面的輻射( 直射、散射和總輻射) 。 優(yōu)點(diǎn):光學(xué)模型方法具有速度快, 通用性強(qiáng), 非破壞性。 缺點(diǎn):由于LAI 推導(dǎo)模型中, 對冠層結(jié)構(gòu)和輻射屬性進(jìn)行了一定假設(shè),測量時(shí)通常需要晴朗的天空, 而且受到了葉傾角、葉型、葉簇和非葉子單元等因素的影響。典型儀器典型儀器-Sunscan-Sunscan2
7、021/3/918SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanHow to get LAI ?How to get LAI ?展 望 間接測量間接測量LAI 技術(shù)技術(shù)會(huì)不斷隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展向高精度、更快速、范圍廣的方向發(fā)展, 其應(yīng)用也會(huì)越來越得到重視。間接測量的方法是測量LAI 的重要手段, 其中的光學(xué)模型方法最具有潛力, 因?yàn)樗哂兴俣瓤? 通用性強(qiáng), 非破壞性的優(yōu)點(diǎn)。精度方面精度方面:1具備利用光譜進(jìn)行葉子和背景的識(shí)別能力;2能在陰天或晴天都能工作;3能在直射、散射的光條件下均能工作。速度方面速度方面:進(jìn)行新模型和算法的設(shè)計(jì), 以提高測量速度。NOW lets go to S
8、unscan!2021/3/919SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanWhat is Sunscan ?How does it work ?2021/3/920SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanWhat is Sunscan ?What is Sunscan ?Sunscan =Sunscan =SS1 Sunscan探頭掌上電腦BF3漫反射傳感器2021/3/921SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanWhat can Sunscan do for us ?What can Sunscan do for us ? Sunscan(植
9、物冠層分析儀)是一臺(tái)通過菜單操作的線性光合有效輻射測量儀,用于測量作物生長的限制因素的有價(jià)值的信息。 基本功能:1、測量植物冠層中光線的攔截情況,即快速實(shí)時(shí)測量有效光合輻射PAR值,用來描繪作物冠層PAR的分布圖。 2、計(jì)算冠層的葉面積指數(shù)LAI值。注:PAR(PAR(光合有效輻射光合有效輻射)太陽輻射中能被綠色植物用來進(jìn)行光合作用的那部分能量成為光合有效輻射,photosynthetically active radiation 的縮寫。 2021/3/922SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanHow does it work ?How does it work ? 根據(jù)
10、冠層吸收的Beer法則、Wood的SunScan冠層分析方程以及Campbell的橢圓葉面角度分布方程,使用光量子傳感器來測量、計(jì)算和分析植物冠層截獲和穿透的光合有效輻射及葉面積指數(shù)。2021/3/923SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanHow does it work ?How does it work ?計(jì)算公式如下:式中, 為冠層透過率,L 為冠層葉面積指數(shù); La 為黑葉模型葉面積指數(shù),K 為消光系數(shù),a 為PAR 波段的吸收系數(shù)(SUNSCAN 默認(rèn)為0.85);fb 為直射光占入射光的比例;x 為橢圓形葉傾角分布參數(shù)ELADP); 為太陽光入射天頂角。g、A、
11、B、C 均為x 的函數(shù)。在透過率可求的情況下,通過迭代可計(jì)算出L 值。708.022)12.1(702.1)tan(),(xxxxK)()(3)1(1),()()1(xCaadirLxBaLbLagxKbeLxAefef)1(1agLLa2021/3/924SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanHow does it work ?How does it work ? 測量LAI 時(shí),使用光量子傳感器、電容傳感器和激光傳感器等傳感器測量冠層頂部及底部的輻射值,可計(jì)算出冠層的透過率。 再根據(jù)直射輻射和散射輻射的輻射傳輸原理,考慮冠層輻射的截取與入射光的成分、光屬性和冠層結(jié)構(gòu)的關(guān)系
12、,計(jì)算截獲光線的葉面積指數(shù)。2021/3/925SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanTips & Notes2021/3/926SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & Sunscanu該儀器適用于均一下墊面植被的LAI測算u該儀器適用于單株植物(喬灌木等)的PAR分布圖測繪u測量時(shí)要求天氣狀況穩(wěn)定,堅(jiān)決杜絕波動(dòng)性天氣情況下測量(多云)u測量時(shí),注意獲取數(shù)據(jù)時(shí)人為控制條件的同質(zhì)性(SS1探頭的放置位置和角度)uBF3和SS1探頭使用時(shí)處于基本水平狀態(tài)u無線傳輸單元之間不能有人體或者高大喬灌木阻擋,陰雨天使用可能會(huì)影響無線傳輸?shù)木嚯xTips & NotesTi
13、ps & Notes2021/3/927SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & Sunscan BF3和SS1探頭,都是靠4節(jié)堿性電池供電,耗電量很小。一般情況下,新電池可以維持6-12個(gè)月的連續(xù)供電 無線傳輸模塊的供電也是4節(jié)堿性電池。能提供500-1000h的持續(xù)供電 當(dāng)BF3電池電壓降低接近4500mv,SS1探頭和無線傳輸模塊電池電壓降低接近5000mv,請立即更換電池 BF3和SS1探頭電路板處均置放有干燥劑,當(dāng)顏色指示點(diǎn)顏色由藍(lán)色變?yōu)榱朔奂t色,請立即更換干燥劑包 PDA請定期充放電,即使長期不用,請不要超過3個(gè)月給其充放電一次。以免電池虧電損毀。Tips & No
14、tesTips & Notes2021/3/928SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanData2021/3/929SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanThere are some charts which suggest There are some charts which suggest the process of Race LAI .the process of Race LAI .2021/3/930SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & Sunscan2021/3/931SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & SunscanPictures2021/3/932SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & Sunscan2021/3/933SPAC課程研究性學(xué)習(xí)LAI & Sunscan
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