本发明涉及定量遥感，具体涉及一种顾及环境与生理变化的植被动态反射率光谱方法。
背景技术：
1、植被的光合作用的准确估算对估算植被初级生产力gpp和植被生理状态具有重要意义。当植被吸收太阳辐射，吸收的部分的能量用来进行光化学反应，部分形成叶绿素荧光，还有一部分以热能的形式耗散掉。准确的建立荧光、热耗散与光化学之间的关系，对植被的光合作用估算具有重大意义。
2、目前辐射传输模型是在fluspect-b的基础上进行改进得到的。fluspect-b模型是一个能模拟植被400-2500nm的反射和透射以及640-850nm的叶绿素荧光光谱的辐射传输模型；在fluspect-b中使用了5种物质的特定吸收系数，包括叶绿素、类胡萝卜素、叶片水分、干物质和衰老物质。但是现有的辐射传输模型没有纳入环境变化和生理变化对植被反射率的影响。
技术实现思路
1、发明目的：本发明的目的是提供一种顾及环境与生理变化的植被动态反射率光谱模型，以解决不能模拟环境变化和生理变化对植被反射率影响这一问题。
2、技术方案：本发明所述的一种顾及环境与生理变化的植被动态反射率光谱方法，包括以下步骤：
3、(1)建立外部环境条件与植被叶片光合作用效率φp和植被潜在最大光合作用效率φpmax的模型；
4、(2)建立植被实际光合作用效率φp与植被实际非光化学淬灭φn的经验关系；
5、(3)建立植被实际非光化学淬灭φn与植被叶黄素循环状态参数cx之间的经验关系；
6、(4)根据植被的叶黄素循环状态，计算植被叶黄素吸收系数；
7、(5)通过模拟入射光在叶片中的辐射传输过程，模拟不同叶黄素循环状态下的植被叶片的反射动态光谱。
8、进一步的，步骤(1)包括以下步骤：
9、(11)利用光合作用的暗反应、参与光合碳同化的还原型辅酶ⅱnadph、腺嘌呤核苷三磷酸atp和光合电子传递确定co2和o2的相对分压与羧化和氧合之间的关系：
10、
11、其中，vo为氧合率；vc为羧化率；vcmax和vomax分别为羧化酶和加氧酶的最大速率；co和cc分别为co2和o2分压；ko和kc分别为o2和co2的michaelis-menten常数；φ的含义即对于每单位羧化反应，都会发生φ单位的氧合反应；
12、(12)根据光合作用电子传递的机理，建立二氧化碳同化速率与电子传输速率的关系，即
13、
14、其中，cc是通过气体交换估算的叶绿体co2分压，γ*是co2补偿点；光合电子传递速率je通过总的co2同化速率ja求得；
15、则光合效率的φp表示为：
16、
17、其中，japar是吸收的光合有效辐射通量，即植被吸收光合作用吸收的辐射；
18、(13)设一个相对光饱和度x，建立φp与之间的关系；其中，x的范围在0-1之间即光化学效率最大和光化学完全被阻断，即：
19、
20、其中，是稳态时与co2固定相关的电子传递量子产率，是当japar趋于0时在暗适应、弱光条件下观察最大电子传递的量子产率的电子传递量子产率；当x＝1时，为0，光化学被阻断，同理x＝0时，等于x表达为：
21、
22、其中，是在适应黑暗、低光照条件下观察到的最大光化学量子产率；将其写成
23、进一步的，步骤(2)包括以下步骤：
24、(21)根据高等植物光合作用反应中心的光子捕获和加工机制，利用脉冲振幅调制(pam)测量原理，结合饱和脉冲法，使用pam荧光计评估光合能量转换；包括：暗适应样品的最小fo和最大荧光fm、光适应的样品打开饱和脉冲时得到的最大荧光产量fm’、任一给定时间测量得到的荧光产量ft；
25、(22)利用速率系数表示不同能量去向的概率，光化学的量子产率、荧光量子产率和热耗散量子产率分别表示为：
26、
27、
28、
29、
30、∑k＝kp+kf+kd+kn
31、φp+φf+φd+φn＝1
32、其中，φ为量子产率，p代表光化学；f代表叶绿素荧光；d和n代表热耗散，其中d指的是暗适应中本来就存在的热耗散，n代表由调节光系统电子传递机制所控制的一个可变的并且依赖于能量的热耗散；
33、(23)通过pam技术和饱和脉冲法，建立热耗散速率系数和光化学速率系数与pam测量结果的关系：
34、
35、
36、利用kp在f′m和fm处为零，kn在fm处为零，通过步骤(22)以及pam测量原理推导而出，fm是经过暗适应后通过饱和脉冲测得叶片荧光，f′m是正常光合状态叶片通过饱和脉冲测得叶片荧光；其中，和分别为pam技术定义的φn和φp；
37、(24)通过非暗适应叶片的棉花数据，采用kf＝0.05和通过温度校正的kd计算(23)中的kp和kn；其中相对光饱和度x计算如下式：
38、
39、利用叶片实验数据，用3个系数拟合曲线模拟x和kn的关系，结果如下式所示：
40、
41、其中，α、β为拟合参数；方程保证了当x＝1时当x＝0时kn＝0。
42、进一步的，步骤(3)包括以下步骤：
43、(31)根据叶黄素循环机制，植被在不同状态下的叶黄素各组分含量不同；对于高等植物，叶黄素循环的生理实质即在高光照条件下紫黄质v在脱环氧化酶催化下进行脱环氧化deps，经中间产物环氧玉米黄素a形成玉米黄质z；在低光照条件下玉米黄质z在环氧化酶催化下进行环氧作用，经环氧玉米黄素a又还原为紫黄质v；对不同状态下的植被使用pam技术，测量φn；同时进行植被的破坏性实验，测量植被的v和z色素的含量，并且使用cx来衡量两者之间的比例；
44、(32)根据测量的φn和cx的值进行相关性分析；建立植被实际φn与植被叶黄素循环状态参数cx之间的经验关系。
45、进一步的，步骤(4)包括以下步骤：
46、(41)对叶黄素循环两种极端情况的代表色素进行吸收系数的测量，即v色素吸收系数kcar0和z色素吸收系数kcar1；其中，0代表了没有胁迫的情况，色素全为v，npq活性最小；1代表着胁迫强烈的时候，叶黄素循环彻底进行，色素全为z，npq活性最大；
47、(42)根据步骤(31)中cx的值和步骤(41)中测量的两种极端色素的吸收系数，叶黄素吸收系数定义为：
48、kcar＝(1-cx)*kcar0+cx*kcar1
49、其中，cx是代表叶黄素脱环氧化deps的参数。
50、进一步的，步骤(5)具体如下：基于fluspect-b辐射传输模型，引入花青素的吸收，并且替换prospect-d中定义的类胡萝卜素和叶绿素的吸收系数；则再扩展模拟叶片组分的光谱吸收k：
51、
52、其中，c为色素浓度，k为对应的吸收系数。
53、本发明所述的一种顾及环境与生理变化的植被动态反射率光谱系统，包括：
54、模型建立模块：用于建立外部环境条件与植被叶片光合作用效率φp和植被潜在最大光合作用效率φpmax的模型；
55、φp与φn经验关系模块：用于建立植被实际光合作用效率φp与植被实际非光化学淬灭φn的经验关系；
56、φn与cx经验关系模块：用于建立植被实际非光化学淬灭φn与植被叶黄素循环状态参数cx之间的经验关系；
57、吸收系数模块：用于根据植被的叶黄素循环状态，计算植被叶黄素吸收系数；
58、动态光谱模块：用于通过模拟入射光在叶片中的辐射传输过程，模拟不同叶黄素循环状态下的植被叶片的反射动态光谱。
59、本发明所述的一种设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述的一种顾及环境与生理变化的植被动态反射率光谱方法。
60、本发明所述的一种存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被设计为运行时实现任一项所述的一种顾及环境与生理变化的植被动态反射率光谱方法。
61、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：提出一种结合植被生化模型和改进的fluspect-b模型的耦合模型biospect；基于生化模型可以实现生理与环境对植被叶片叶绿素荧光、热耗散和植被光合作用的响应。通过考虑叶黄素循环这一个过程，进一步建立热耗散与叶黄素循环的关系，实现了在变化生理和环境下的植被光谱模拟。本发明通过环境影响控制热耗散的叶黄素循环，直接建立了植被光谱与环境的关系。可以更好的将植被生理与遥感能探测到的植被反射率结合起来，具有重要的应用价值。本发明所提出的模型方法可用来进行植被的胁迫监测、植被初级生产力的估算、植被关键参数的反演等方面的应用需求。
1.一种顾及环境与生理变化的植被动态反射率光谱方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种顾及环境与生理变化的植被动态反射率光谱方法，其特征在于，步骤(1)包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种顾及环境与生理变化的植被动态反射率光谱方法，其特征在于，步骤(2)包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种顾及环境与生理变化的植被动态反射率光谱方法，其特征在于，步骤(3)包括以下步骤：
5.根据权利要求1所述的一种顾及环境与生理变化的植被动态反射率光谱方法，其特征在于，步骤(4)包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的一种顾及环境与生理变化的植被动态反射率光谱方法，其特征在于，步骤(5)具体如下：基于fluspect-b辐射传输模型，引入花青素的吸收，并且替换prospect-d中定义的类胡萝卜素和叶绿素的吸收系数；则再扩展模拟叶片组分的光谱吸收k：
7.一种顾及环境与生理变化的植被动态反射率光谱系统，其特征在于，包括：
8.一种设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-6任一项所述的一种顾及环境与生理变化的植被动态反射率光谱方法。
9.一种存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被设计为运行时实现根据权利要求1-6任一项所述的一种顾及环境与生理变化的植被动态反射率光谱方法。
