光合有效輻射

太陽輻射中對植物光合作用有效的光譜成分成為光合有效輻射（PAR，photosynthetically active radiation），波長範圍380～710納米，與可見光基本重合。光合有效輻射占太陽直接輻射的比例隨太陽高度角增加而增加，最高可達45%。而在散射輻射中，光合有效輻射的比例可達60~70%之多，所以多雲天反而提高了PAR的比例。光合有效輻射平均約占太陽總輻射的50%。

基本介紹

• 中文名：光合有效輻射
• 外文名：PAR，photosynthetically active radiation
• 定義：對光合作用有效的光譜成分
• 波長：380～710納米
• 單位 ：瓦/米2等
• 功能：生命活動、有機物合成的能量來源

綜述

綠色植物進行光合作用過程中，吸收的太陽輻射中使葉綠素分子呈激髮狀態的那部分光譜能量。波長為，以符號Qp代表，單位為瓦/米2。光合有效輻射是植物生命活動、有機物質合成和產量形成的能量來源。

太陽直接輻射中的光合有效輻射係數，即直接輻射中的光合有效輻射與太陽直接輻射之比，隨太陽高度角的增大和大氣混濁度的減小而增高。其比值隨時間的變化在晴天快，一般早晚低，正午前後高而穩定，夏季高，冬季低。晴朗的冬季，當太陽高度從10°增加到45°時，光合有效輻射係數由0.35增加到0.45；夏季則由0.47增加到0.48。散射輻射中的光合有效輻射係數基本上不隨太陽高度角改變，但在晴陰不同的天氣類型下，卻存在一定變化,並比直接輻射中的光合有效輻射係數偏大,介於0.50～0.60之間。

進入作物群體的光分為兩部分：一是穿過上部葉片間隙的直射光，呈“光斑”；另一種是透過葉片以後的透射光和部分散射光，呈“陰影”。兩部分光照的強度和光譜成分均不同，對光合作用的效應也不同，起作用的主要靠光斑部分。因此，在研究作物群體光合作用時，建議把植被分成全光照區（光斑部分）、全陰區（陰影部分）和半陰區（介於兩者之間）三部分來研究。

對綠色植物生長發育有作用的輻射波長範圍較光合有效輻射波長範圍為寬,大致在300～800納米範圍內,這一部分輻射稱為生理輻射,它除對光合作用起作用外,也對其他一些生理活動有影響。

計量系統儀器

太陽輻射中能被綠色植物用來進行光合作用的那部分能量稱為光合有效輻射,簡稱PAR。它是形成生物量的基本能源，直接影響著植物的生長、發育、產量和產品質量。

PAR有三種計量系統：

1、光學系統，這種系統是以人眼對亮度的回響特徵為基礎的，儀器有照度計等，所觀測到的物理量是輻射源所發射的可見光波段的光通量密度，用光照度(lx)來度量。；

2、能量學系統，以熱電偶為感測器，從能力角度測定輻射量的儀器有天空輻射表、直接輻射表、淨輻射表、分光輻射表等。用某一特徵波長範圍內即光合有效波段內的輻射通量密度也成輻照度(Wm^-2)來度量；

3、量子學系統，以矽、硒光電池等為感測器，從光量子角度測定輻射量的儀器，有光量子通量儀等。用光量子通量密度(umol m^-2 s^-1)來度量。

光合有效輻射可用儀器直接測定，也可以通過太陽直接輻射進行估算。為取得太陽直接輻射和散射輻射與光合有效輻射之間的比例係數，可將日射儀或天空輻射表和光合有效輻射儀進行同步觀測，計算出日、月、季和年的係數值及其相互關係。蘇聯Χ.莫爾達烏等人研究了太陽直接輻射(S)和漫射輻射(D)與光合有效輻射(Qp)的定量關心，列出了計算式並指出在中高緯度4～9月中午太陽高度不低於20°時，該式對光合有效輻射日總量或月總量的計算誤差不超過 5%。其計算式為：Qp=0.43S+0.57D

關係

光合作用與光合有效輻射的關係

在不受其他環境因子 (如溫度、水分等) 限制的條件下，植被冠層的光合作用一般隨著PAR的增加而增強，但由於兩個葉片獲取適當的光比一個葉片獲取強光而令一個葉片在陰影中時光合作用更強，因此 PAR在冠層中的均勻分布很重要。晴天情況下，強光直射的冠層部分容易出現光飽和現象，光能利用率降低，而在陰影中的冠層部分雖然光能利用率較高，但得到的PAR較少，從而導致整個冠層光合作用減弱;陰天情況下，來自天空各個方向的散射PAR 增加，其在冠層內能夠穿透地更深，從而降低整個冠層的光合飽和點，增強冠層光能利用率，進而增強冠層碳吸收。

分布

從1961-2007年的中國區域PAR多年平均值空間分布看 ，中國區域PAR空

間分布差異明顯，總體呈現東南低、西部高的特點，近 50 年年均 PAR 在17.7~39.5 mol m^-2 d^-1之間。青藏高原西南部 PAR 最高，年均 PAR 達 35 mol m^-2 d^-1 以上。四川盆地 PAR 最低，年均低於 20 mol m^-2 d^-1。中國東半部以長江流域以南最小，大致在 20~23 mol m^-2 d^-1 之間，向南向北都增加，華北約為 23~29 mol m^-2 d^-1，華南為 23~26mol m^-2 d^-1，至東北地區又逐漸減小;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、準噶爾盆地都是低值區，一般在 29 mol m^-2 d^-1以下，內蒙古地區為 26~32 mol m^-2 d^-1。青藏高原比新疆地區高三分之一，比同緯度的沿海地區高二分之一，比四川盆地幾乎高出一倍。

中國區域年平均 PAR 空間分布 (1961-2007 年平均值)

年際變化原因

考慮到近50年來PAR年際變化在不同時期表現出的差異特徵 ，將1961-2007年PAR 空間化數據分成 3 個時段 (時段 1:1961-1975，時段 2:1976-1990，時段 3:1991-2007)，選取年、變化更明顯的夏冬兩季，分析比較不同時段內年、季節平均 PAR 年際變化的空間分布差異。

(1) 年均PAR在時段1顯著下降區域主要位於長江中下游地區，降幅在 5%~10%/10a 之間，顯著上升區域主要位於西藏東部與西北，升幅在 0~10%/10a 之間;時段 2 顯著下降區域變得分散，位於黃土高原、雲南、黑龍江、新疆等地的局部地區，長江中下游地區 PAR 變化不顯著，顯著上升區域則集中分布在青藏高原西北;時段 3顯著下降的區域縮小，分布於華北與西藏西部，但顯著上升的區域明顯增加，其中以黑龍江北部最明顯，升幅達10%/10a以上。

(2) 夏季平均PAR在不同時段差異十分明顯，青藏高原東部在時段 1 為主要的上升區域，升幅一般在 5%/10a 以上，而在時段 2 和 3該地區無顯著變化;顯著下降區域在時段 1 位於江西，在時段 2 位於東北北部，在時段 3位於華北與西藏的西部。

(3) 冬季平均PAR在時段1顯著下降的區域主要位於華北平原，顯著上升區域位於雲南南部;時段 2 顯著下降區域位於華北以及長江流域，顯著上升區域位於西藏西北;時段 3 幾乎不存在顯著下降區域，顯著上升區域位於黑龍江北部與西藏中東部。

中國不同時段年、季節平均 PAR 年際變化率空間分布

數據

多種衛星遙感數據反演光合有效輻射

遙感衛星信息源

數據產品介紹及反演算法

目前已有產品

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