[科普中国]-光合有效辐射

简介

绿色植物进行光合作用过程中，吸收的太阳辐射中使叶绿素分子呈激发状态的那部分光谱能量。波长为，以符号Qp代表，单位为瓦/米2。光合有效辐射是植物生命活动、有机物质合成和产量形成的能量来源。

太阳直接辐射中的光合有效辐射系数，即直接辐射中的光合有效辐射与太阳直接辐射之比，随太阳高度角的增大和大气混浊度的减小而增高。其比值随时间的变化在晴天快，一般早晚低，正午前后高而稳定，夏季高，冬季低。晴朗的冬季，当太阳高度从10°增加到45°时，光合有效辐射系数由0.35增加到0.45；夏季则由0.47增加到0.48。散射辐射中的光合有效辐射系数基本上不随太阳高度角改变，但在晴阴不同的天气类型下，却存在一定变化,并比直接辐射中的光合有效辐射系数偏大,介于0.50～0.60之间。

进入作物群体的光分为两部分：一是穿过上部叶片间隙的直射光，呈“光斑”；另一种是透过叶片以后的透射光和部分散射光，呈“阴影”。两部分光照的强度和光谱成分均不同，对光合作用的效应也不同，起作用的主要靠光斑部分。因此，在研究作物群体光合作用时，建议把植被分成全光照区（光斑部分）、全阴区（阴影部分）和半阴区（介于两者之间）三部分来研究。

对绿色植物生长发育有作用的辐射波长范围较光合有效辐射波长范围为宽,大致在300～800纳米范围内,这一部分辐射称为生理辐射,它除对光合作用起作用外,也对其他一些生理活动有影响。

计量系统以及仪器太阳辐射中能被绿色植物用来进行光合作用的那部分能量称为光合有效辐射,简称PAR。它是形成生物量的基本能源，直接影响着植物的生长、发育、产量和产品质量。

PAR有三种计量系统：

1、光学系统，这种系统是以人眼对亮度的响应特征为基础的，仪器有照度计等，所观测到的物理量是辐射源所发射的可见光波段的光通量密度，用光照度(lx)来度量。；

2、能量学系统，以热电偶为传感器，从能力角度测定辐射量的仪器有天空辐射表、直接辐射表、净辐射表、分光辐射表等。用某一特征波长范围内即光合有效波段内的辐射通量密度也成辐照度(Wm-2)来度量；

3、量子学系统，以硅、硒光电池等为传感器，从光量子角度测定辐射量的仪器，有光量子通量仪等。用光量子通量密度(umol m-2 s-1)来度量。

光合有效辐射可用仪器直接测定，也可以通过太阳直接辐射进行估算。为取得太阳直接辐射和散射辐射与光合有效辐射之间的比例系数，可将日射仪或天空辐射表和光合有效辐射仪进行同步观测，计算出日、月、季和年的系数值及其相互关系。苏联Χ.莫尔达乌等人研究了太阳直接辐射(S)和漫射辐射(D)与光合有效辐射(Qp)的定量关心，列出了计算式并指出在中高纬度4～9月中午太阳高度不低于20°时，该式对光合有效辐射日总量或月总量的计算误差不超过 5%。其计算式为：Qp=0.43S+0.57D1

光合作用与光合有效辐射的关系在不受其他环境因子 (如温度、水分等) 限制的条件下，植被冠层的光合作用一般随着PAR的增加而增强，但由于两个叶片获取适当的光比一个叶片获取强光而令一个叶片在阴影中时光合作用更强，因此 PAR在冠层中的均匀分布很重要。晴天情况下，强光直射的冠层部分容易出现光饱和现象，光能利用率降低，而在阴影中的冠层部分虽然光能利用率较高，但得到的PAR较少，从而导致整个冠层光合作用减弱;阴天情况下，来自天空各个方向的散射PAR 增加，其在冠层内能够穿透地更深，从而降低整个冠层的光合饱和点，增强冠层光能利用率，进而增强冠层碳吸收。2

光合有效辐射的分布从1961-2007年的中国区域PAR多年平均值空间分布看 ，中国区域PAR空

间分布差异明显，总体呈现东南低、西部高的特点，近 50 年年均 PAR 在17.7~39.5 mol m-2 d-1之间。青藏高原西南部 PAR 最高，年均 PAR 达 35 mol m-2 d-1 以上。四川盆地 PAR 最低，年均低于 20 mol m-2 d-1。中国东半部以长江流域以南最小，大致在 20~23 mol m-2 d-1 之间，向南向北都增加，华北约为 23~29 mol m-2 d-1，华南为 23~26mol m-2 d-1，至东北地区又逐渐减小;西半部的年均 PAR 由北向南增加，新疆天山南北的塔里木盆地、准噶尔盆地都是低值区，一般在 29 mol m-2 d-1以下，内蒙古地区为 26~32 mol m-2 d-1。青藏高原比新疆地区高三分之一，比同纬度的沿海地区高二分之一，比四川盆地几乎高出一倍。3

光合有效辐射年际变化及原因考虑到近50年来PAR年际变化在不同时期表现出的差异特征 ，将1961-2007年PAR 空间化数据分成 3 个时段 (时段 1:1961-1975，时段 2:1976-1990，时段 3:1991-2007)，选取年、变化更明显的夏冬两季，分析比较不同时段内年、季节平均 PAR 年际变化的空间分布差异。

(1) 年均PAR在时段1显著下降区域主要位于长江中下游地区，降幅在 5%~10%/10a 之间，显著上升区域主要位于西藏东部与西北，升幅在 0~10%/10a 之间;时段 2 显著下降区域变得分散，位于黄土高原、云南、黑龙江、新疆等地的局部地区，长江中下游地区 PAR 变化不显著，显著上升区域则集中分布在青藏高原西北;时段 3显著下降的区域缩小，分布于华北与西藏西部，但显著上升的区域明显增加，其中以黑龙江北部最明显，升幅达10%/10a以上。

(2) 夏季平均PAR在不同时段差异十分明显，青藏高原东部在时段 1 为主要的上升区域，升幅一般在 5%/10a 以上，而在时段 2 和 3该地区无显著变化;显著下降区域在时段 1 位于江西，在时段 2 位于东北北部，在时段 3位于华北与西藏的西部。

(3) 冬季平均PAR在时段1显著下降的区域主要位于华北平原，显著上升区域位于云南南部;时段 2 显著下降区域位于华北以及长江流域，显著上升区域位于西藏西北;时段 3 几乎不存在显著下降区域，显著上升区域位于黑龙江北部与西藏中东部。3

多种卫星遥感数据反演光合有效辐射遥感卫星信息源

数据产品介绍及反演算法目前已有产品

光合有效辐射是影响光合作用的关键因子,有助于碳循环和碳驱动机制的研究,其敏感性对全球气候系统有着重要的影响,而且它在不同的陆地生态系统模型中,都是重要的输入参数。通过反演晴空下影响光合有效辐射的大气可降水量、气溶胶等参数,再根据辐射传输方程从大气顶层光合有效辐射反演高分辨率陆地光合有效辐射。多种卫星遥感数据反演光合有效辐射(PAR)产品是地理国情监测平台推出的气象/气候环境类系列数据产品之一。4