日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒猓⊿IF）是植物光合作用過程中釋放的微弱光信號，直接反映光能轉(zhuǎn)化效率。在氣候變暖背景下，SIF能夠追蹤光合作用的實時運行狀態(tài)，為農(nóng)業(yè)干旱預(yù)警和產(chǎn)量損失量化提供過程級數(shù)據(jù)。愛博能ABN-SIF系統(tǒng)覆蓋地面定點連續(xù)監(jiān)測和無人機區(qū)域巡航兩個層級，將氣候變暖對農(nóng)業(yè)的影響從定性描述轉(zhuǎn)化為可追溯的時序數(shù)據(jù)。

閃旱預(yù)警：SIF變化速度比絕對值更關(guān)鍵

閃旱的特征

閃旱由高溫和短時降水缺口共同驅(qū)動，從觸發(fā)到土壤水分急劇下降通常只需5到30天。2012年美國中西部玉米主產(chǎn)區(qū)從5月的異常暖春快速轉(zhuǎn)入7月的干旱，導(dǎo)致大幅減產(chǎn)。常規(guī)干旱監(jiān)測體系依賴降水赤字的長期積累判斷，在閃旱場景下響應(yīng)滯后。

SIF快速變化指數(shù)（RCI）方案

康涅狄格大學(xué)Mohammadi等人（2022）提出了一種基于SIF軌跡的閃旱早期預(yù)警方案。該方法追蹤SIF的變化速度，將GOME-2衛(wèi)星2007至2018年的8天合成SIF數(shù)據(jù)輸入快速變化指數(shù)（RCI）。當(dāng)SIF的增長速度明顯慢于歷史同期，或衰減速度快于歷史同期時，RCI轉(zhuǎn)為負值信號。

在2012年美國大平原閃旱事件中，SIF RCI在當(dāng)年5月初已轉(zhuǎn)為顯著負值。這個時間節(jié)點本應(yīng)是SIF春季快速攀升期，實際卻出現(xiàn)了異常放緩。美國旱情監(jiān)測系統(tǒng)（USDM）直到6月下旬至7月初才在該區(qū)域標定旱情。

SIF RCI在閃旱發(fā)生前可提供2周到2個月的預(yù)警窗口，同時能提前數(shù)周預(yù)測旱情恢復(fù)。2017年的另一次閃旱事件驗證了這一結(jié)論。

(A)2012年與(B)2017年SIF的8天合成空間平均時間序列，及其與氣候態(tài)的對比。樣區(qū)分別位于美國中西部（35-40°N, 95-100°W）和美國北部大平原（45-50°N, 100-105°W）的5°×5°區(qū)域。

量化產(chǎn)量損失：SIF作為干旱損失代理指標

單產(chǎn)與SIF的百分比變化一致性

南方科技大學(xué)Zhou等人（2022）在一項覆蓋中國所有主要地表類型的研究中發(fā)現(xiàn)，糧食單產(chǎn)的百分比變化與SIF的百分比變化趨勢一致。這一發(fā)現(xiàn)表明SIF有望成為量化干旱產(chǎn)量損失的實時代理指標。

SIF與NDVI的對比

同一項研究用2001至2019年的GOSIF數(shù)據(jù)（0.05°分辨率，8天步長）和同期NDVI分別與GPP、糧食單產(chǎn)做了相關(guān)性分析：

• 中國南部，SIF與GPP的相關(guān)系數(shù)為0.80到1.00，NDVI僅為0.20到0.60

• 云貴高原，NDVI與GPP之間出現(xiàn)負相關(guān)區(qū)間（-0.50到0.80）

• 在東北平原、華北平原、長江中下游、云貴高原和阿勒泰-天山北麓五個主要糧區(qū)，SIF與單產(chǎn)的多項式擬合R2全面高于NDVI

  
  

  SIF與單產(chǎn)的百分比變化一致性，使其能夠充當(dāng)量化干旱產(chǎn)量損失的實時代理指標。NDVI在這一場景下的表現(xiàn)受綠度飽和限制，敏感度偏低。

2009~2010干旱年度單位谷物單產(chǎn)/SIF/NDVI與相應(yīng)年平均年值的百分比變化

從衛(wèi)星到田間：地面SIF連續(xù)監(jiān)測的補充角色

衛(wèi)星SIF的局限

衛(wèi)星SIF解決了大尺度覆蓋問題，存在兩個局限：空間分辨率較粗，以及數(shù)天的重訪周期在閃旱5到30天的窗口期內(nèi)采樣密度不足。

ABN-SIF地面與無人機系統(tǒng)

愛博能ABN-SIF-1/2在線監(jiān)測系統(tǒng)以分鐘級間隔記錄冠層SIF的時序變化，適用于農(nóng)業(yè)氣象站、科研實驗站、高標準農(nóng)田示范區(qū)的長期跟蹤。ABN-SIF-UAV1/2無人機載版本適合區(qū)域抽樣，彌補衛(wèi)星時間分辨率不足的問題。

將衛(wèi)星的面數(shù)據(jù)和地面的點數(shù)據(jù)結(jié)合，才有可能將"氣候變暖對農(nóng)業(yè)的影響"從一句定性描述，變成一組可追溯、可比較、可量化的時序數(shù)據(jù)。我們提供從設(shè)備到數(shù)據(jù)解讀的完整技術(shù)支持。

常見問題 FAQ

閃旱和常規(guī)干旱的區(qū)別是什么？

常規(guī)干旱依賴長期降水赤字積累，發(fā)展周期通常以月或季度計。閃旱由高溫和短時降水缺口共同驅(qū)動，從觸發(fā)到土壤水分急劇下降通常只需5到30天，發(fā)展速度遠高于常規(guī)干旱。

SIF RCI和USDM的預(yù)警時間差有多大？

在2012年美國大平原閃旱事件中，SIF RCI在5月初已轉(zhuǎn)為顯著負值，USDM直到6月下旬至7月初才標定旱情，兩者之間相差至少6到8周。2017年的驗證案例中，RCI提前了2周到2個月。

NDVI在干旱監(jiān)測中的局限在哪里？

NDVI反映植被綠度，在植被覆蓋度較高時容易飽和。云貴高原的NDVI與GPP之間甚至出現(xiàn)了負相關(guān)區(qū)間（-0.50到0.80），說明綠度指標對光合作用的敏感度偏低，難以捕捉脅迫早期的生理變化。

ABN-SIF-1/2和UAV1/2分別適合什么場景？

ABN-SIF-1/2為地面固定站點設(shè)計，以分鐘級間隔連續(xù)監(jiān)測冠層SIF，適合農(nóng)業(yè)氣象站和科研實驗站的長期跟蹤。ABN-SIF-UAV1/2為無人機載版本，適合區(qū)域抽樣和靈活巡測，彌補衛(wèi)星重訪周期和地面固定站空間覆蓋的不足。

案例來源：

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.