摘要
对流层监测仪器(TROPOMI)反演的太阳诱导叶绿素荧光(SIF)数据为证实和改进全球光合作用估算提供了新的机会。本文研究了基于双向反射分布函数(BRDF)(MCD43)和标准MODIS(MOD09)地表反射率产品的TROPOMISIF与植被指数的时空一致性。利用美国国家环境预测再分析中心(NCEP2)、MODISMCD18和欧洲再分析(ERA5)数据以及两个GPP产品(GPPVPM和GPPMOD17)估算叶绿素吸收光合有效辐射(APARchl)。结果表明
1)在中纬度和高纬度地区，未调整的VIs与SIF的相关性高于BRDF调整的VIs，但在热带地区相关性较小;(2)中高纬度地区，指数因子与未调整的NIRv、EVI的相关性差异可忽略，而经BRDF调整的NIRv与指数因子的相关性高于经brdf调整的EVI，但在热带地区的相关性较低;3)PAR数据的选择可能导致全球和区域GPP估计数和模型GPP与SIF之间的相关性显著差异;4)SIF与APARchl的相关性在高纬度至中纬度高于EVI，而与EVI的相关性在低纬度更高;5)除撒哈拉以南非洲地区外，GPPVPM与SIF的相关性高于GPPMOD17。我们的结果强调，利用PAR的非线性响应可能会改善空间光合作用，植被指数和PAR数据集之间的基本差异可能导致全球和区域光合作用估算的重要差异。
结论
图1.本研究的工作流程示意图。使用的数据集(圆柱体)和数据集产生的图形(矩形)。TROPOMISIF数据为紫色，绿色、橙色、蓝色分别表示植被指数、PAR、APAR、GPP的工作流程。
图2.年平均非调整(MOD09)NIRv、EVI与经BRDF调整的NDVI(MCD43)的百分比变化。插图显示按纬度变化的平均百分比;暗阴影区代表热带地区(23.5°N到23.5°S)，暗阴影区代表亚热带地区(35°N和35°S)。图S4描述了每个平台每种植被指数的年平均值。灰色阴影表示没有数据。
图3.年SIF、未调整的、BRDF调整的与NIRv、EVI、NDVI的时间相关性0。利用0.20度空间分辨率的8天数据，对年研究期间各格点非调整MOD09(a,c,e)和brdf调整MCD43(b,d,f)地表反射率产品的SIF、NIRv、EVI和NDVI进行时间相关性分析。插入直方图中的红线和上面的值表示中位数。灰色阴影表示无数据或无显著相关性(p0.05)。
图4.年SIF与未调整和BRDF调整后与NIRv、EVI和NDVI的时间相关性（R2）的差异。灰色阴影的地形为无数据或无明显相关性（P0.05）。内页数字显示了不同纬度的R2的平均差异；深色阴影区域代表热带地区。深色阴影区域代表热带地区（北纬23.5°至南纬23.5°），浅色阴影区域代表亚热带地区（北纬35°和南纬35°）。
图5.8天TROPOMISIF与未调整和BRDF调整的NIRv、EVI和NDVI的时间相关性(R2)差异。(a,c,e)TROPOMISIF与非调整(MOD09)NIRv、EVI和NDVI的时间相关性(R2)差异。(b,d,f)TROPOMISIF和brdf调整(MCD43)指标相同。这些差值图使用图3中的R2图进行计算。灰色阴影地形无数据或无显著相关性(p0.05)。插图显示R2中不同纬度的平均差值;阴影区代表热带(23.5°N~23.5°S)，阴影区代表亚热带(35°N~35°S)。
图6.NCEP-2、MCD18、ERA5的
年平均PAR及其差异。(a,c,e)年研究期间的年度PAR。(b,d,f)3个数据集的年平均PAR差异。插入直方图中的红线和上面的值表示中位数。
图7.三个PAR数据集的8天SIF和APAR之间的时间相关性及其差异。(a,c,e)8天平均SIF和APARchl之间的相关性。在年研究期间，使用NCEP2、MCD18和ERA5的PAR计算的8天平均SIF和APARchl的相关性。(b,d,f)使用三个PAR数据集计算的SIF和APARchl的相关系数（R2）的差异PAR数据集计算的SIF和APARchl的相关系数（R2）差异。EVIMOD09被用来估计APARchl。图中的红线和上面的数值直方图的红线和数值表示中位数。灰色阴影表示没有明显的相关性（P0.05）。
图8.TROPOMISIF与APARchl在时间上的相关性差异，这些数据由NCEP2、MCD18和ERA5PAR数据以及未经调整和BRDF调整的EVI计算得出。用NCEP2、MCD18和ERA的PAR数据和未经调整的MOD09EVI计算的SIF与APARchl的相关系数（R2）的差异（a、c、e），以及BRDF调整的MCD43EVI（b,d,f）。每个图中的APAR值都是用相同的EVI计算出来的。每幅图中的APAR值都是用相同的EVI计算出来的，它们是作为fPAR的代表进行比较的。插图直方图中的红线和上面的数值表示中位数。灰色阴影表示没有明显的相关性（P0.05）。
图9.年平均TROPOMISIF、GPPVPM、GPPMOD17及其差异。(a,c,e)年研究期间的平均值。(b,d)标准化GPP与SIF的差异。(f)GPPVPM和GPPMOD17的区别。插入直方图中的红线和上面的值表示中位数。灰色阴影表示没有数据。
图10.8天GPPVPM与SIF、GPPMOD与TROPOMISIF的时间相关性及其差异。(a,b)GPP与SIF在栅格层的时间相关性(基于年8天数据)。(c)GPPVPM与SIF的时间相关性与GPPMOD17与SIF的时间相关性的差异。灰色阴影表示没有数据或p0.05。
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