比传统的地面观测更全面的视角是通过 遥感已成为环境监测的重要工具。然而，极其精确的现场测量存在一些缺点，例如劳动密集、耗时长、空间覆盖范围受限等。高光谱技术的最新发展增强了全球 气候变化 跟踪，并可估算植被的生理和生化特性，如光合效率和叶绿素含量，这些特性直接影响总初级生产力（GPP），而GPP是生态系统健康和 碳螯合.

直到最近，光谱分辨率、重访频率和覆盖范围的限制仍然限制了卫星监测的实用性。这些限制可以通过 PACE 使命于2024年初发射，在广泛的光谱范围内提供卓越的光谱、时间和空间分辨率。高光谱技术增强了全球气候变化的追踪，也为更清洁、更经济、更节能的监测解决方案铺平了道路。这些技术减少了对侵入式、资源密集型实地调查的需求，并通过促进全球范围内对生态系统健康状况的持续评估，支持绿色技术发展的更大目标。

什么是 高光谱遥感 以及如何 PACE 使命 推进它？

高光谱遥感覆盖数百个小光谱带，可以深入研究传统遥感无法探测的地球表面特征。 多光谱传感器 可能会忽略。通过识别土壤、水和植被光反射的细微变化，这项技术可以深入了解光合作用等生物过程。凭借其 海洋颜色仪（OCI）PACE任务提供了从紫外线到短波红外波长的高光谱数据，标志着一项重大突破。

与分辨率较低的早期卫星相比，PACE 每八天捕获一次数据，确保了全球范围内的高频覆盖。对于监测由气候变化（例如季节变化或极端天气事件）引起的生态系统动态变化而言，这种高回波频率至关重要。

PACE 优势的关键点：

• 光谱范围： 通过跨越 200 多个波段，可以检测叶绿素浓度等细微特征。
• 全球范围： 几乎实时地提供难以到达或偏远地区的数据。
• 可持续发展重点： 通过用基于卫星的分析取代燃料密集型的现场调查，监测降低了其碳影响。

通过鼓励数据驱动的保护决策，PACE 成为 绿色技术 in 气候科学.

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如何使用 PACE 数据进行 GPP 估算的最新研究？

该研究利用 PACE 的 OCI 高光谱反射率数据，将生态模型与复杂的遥感技术相结合。为了确保准确性，研究人员通过剔除 52 个受空气干扰影响的可用光谱波段中的部分波段来清理数据。来自 47 个地点的地面真实 GPP 测量数据 涡旋协方差通量塔 然后将分布在美国各地的覆盖各种植被类型（包括树林、草地和农田）以及从沙漠到温带的气候的数据与这些处理过的数据结合起来。

使用了两种主要分析技术：

• 植被指数： 重点是红边叶绿素指数，它与冠层叶绿素有很强的相关性，而冠层叶绿素是光合作用能力的重要因素。
• 偏最小二乘回归 (PLSR): 机器学习模型在区域和全球范围内进行校准，以获得最佳精度，并在整个高光谱数据集上进行训练以预测 GPP。

这种非侵入式方法展示了如何将算法与卫星技术相结合，从而减少耗时的实地考察活动。由于其实用的可扩展性，该方法可在世界任何地方使用，并且通过利用现有空间资产支持清洁技术，无需额外部署硬件。

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主要结果及其对生态系统监测的影响是什么？

研究结果表明，可以使用 PACE OCI 数据准确估算整个生态系统的 GPP。 约 66% 的 GPP 变化可仅通过红边叶绿素指数来解释，从而证实了其与光合作用活动的关联。 当所有光谱波段都纳入PLSR模型时，不同地点和时期的准确率提升至约74%。通过针对特定区域的训练，准确率进一步提升至86%以上，凸显了定制模型的优势。

这些结果表明，高光谱技术增强了全球气候变化跟踪，并能提供近乎实时的生产力指数，支持气候缓解和 可持续土地管理例如，它可以识别害虫或干旱带来的早期压力迹象，从而采取预防措施。

本表重点介绍了方法选择对可靠性的影响。即使大气校正等问题仍然存在，区域校准也能成功解决这些问题。减少对侵入式调查的依赖、增强碳追踪以及支持绿色目标的资源节约等益处均属其中。

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为什么我们应该采用这项技术来追踪气候变化？

该解决方案通过提供可扩展且有效的陆地GPP监测，减少了环境影响和地面活动。它通过将空间观测与PLSR等方法相结合，增强了对碳吸收的实时评估，从而促进了早期预警和明智的决策。

它有助于避免干扰，指导可持续实践，并融入全球气候模型。随着气候变化加速，此类清洁解决方案对于提供切实可行的见解至关重要，且不会造成进一步的生态压力。

综上所述，本研究表明，高光谱技术能够增强全球气候变化追踪，正如 PACE OCI 数据所示，并提供了一种可扩展、有效且非侵入性的方法来追踪各种栖息地的陆地 GPP。该技术利用天基观测数据，结合 PLSR 和目标植被指数等强大的分析工具，无需进行冗长的地面调查，从而最大限度地减少了环境破坏和劳动力成本。

至关重要的是，通过增强我们几乎实时地追踪和控制生态系统碳吸收的能力，这项技术有助于推进全球气候目标。作为一种清洁、绿色的监测工具，它能够在限制资源使用和环境影响的同时提供可操作的信息，其重要性因其在影响政策、为预警系统提供信息以及指导可持续土地管理方面的潜力而凸显。

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常见问题解答 (FAQs)

问题1. 什么是总初级生产力（GPP）？为什么它很重要？

植物通过光合作用固定的碳总量由GPP测量。这对于理解碳封存、生态系统健康以及植被对气候变化的响应至关重要。

Q2. PACE 任务与之前的卫星有何不同？

MODIS 等较旧的任务无法提供及时、全面的监测，但 PACE 的卓越光谱分辨率（超过 200 个波段）和更频繁的重访（每八天一次）使这成为可能。

Q3. 除了植被监测之外，这项技术还能用于其他用途吗？

是的，PACE 的高光谱数据还可以监测云、气溶胶和海洋生物，扩大其在大气和海洋气候研究中的用途。

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