基于主成分分析的全光谱太阳诱导叶绿素荧光重建方法及其在冠层与叶片尺度的验证

《IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters》：Fast PCA-based Full-Spectrum SIF Reconstruction: Comparative Evaluation Against SpecFit at Canopy and Leaf Scales

　　

摘要：

太阳诱导叶绿素荧光（SIF）提供了光合活性的直接光学指标。然而，从植被中反演全光谱SIF（640–850 nm）仍然是一项方法论挑战，因为标准的反演方法仅限于窄的O₂A（760 nm）和O₂B（687 nm）大气吸收波段。基于主成分分析（PCrec）的重建方法可以将双波段反演扩展到全发射光谱，且计算成本几乎可以忽略不计。本研究在冠层和叶片两个尺度上进行了评估。PCrec作用于已反演的SIF₆₈₇和SIF₇₆₀，因此比较的是处理链相对于SpecFit的表现。在冠层尺度，SFM+PCrec应用于德国波恩凯因-阿尔特多夫校区（CKA）农业研究站2021–2023年三个生长季收集的161组FLoX野外测量数据，相对于SpecFit，集成SIF的R² = 0.981，RMSE = 11.5 mWm^?2sr^?1，在670–780 nm范围内，每个波长的R²均高于0.75，RMSE低于0.3 mWm^?2sr^?1nm^?1。在叶片尺度，iFLD+PCrec与西班牙瓦伦西亚农业研究所（IVIA）获取的138条FluoWat发射光谱进行了对比评估，其精度与SpecFit相当。重建步骤本身每条光谱仅需10^?5秒，完整处理链需10^?3秒，而SpecFit需要10^?2秒。这些结果表明，PCrec可以将标准双波段产品扩展为全光谱SIF，其计算成本与机载和卫星处理链兼容。