光合有效辐射(Photosynthetically Active Radiation, PAR)光谱是可见光中植物敏感波段，可被植物吸收用于光合作用。地面PAR光谱的特征直接影响植物的生长发育、形态、生理代谢、产量和适应能力等。为了进一步认识PAR在西藏高海拔地区分布特征，本文利用国际高精度太阳光谱仪在2021-2022年期间对青藏高原珠峰、日喀则、拉萨和林芝地区晴天PAR光谱特征进行了实地观测。观测发现，青藏高原冬至和夏至期间PAR变化幅度较大，珠峰PAR单色辐射照度峰值夏至[1251 mW·(m²·nm)⁻¹]至冬至[1935 mW·(m²·nm)⁻¹]浮动差异高达684 mW·(m²·nm)⁻¹，冬至珠峰PAR光谱积分值(309.86 W·m⁻²)比AM0标准光谱PAR积分值(530.67 W·m⁻²)低41.61%，比AM1.5标准光谱PAR积分值(429.83 W·m⁻²)低28%;夏至西藏珠峰、日喀则、拉萨当日正午时刻PAR光谱均超过AM1.5标准光谱，且接近AM0标准光谱。西藏日喀则春分和秋分晴天当地正午PAR光谱峰值分别为1699 mW·(m²·nm)⁻¹和1696 mW·(m²·nm)⁻¹，峰值基本相同，春分和秋分在西藏高原同一个观测点，由于其当地正午太阳高度角相同(如：日喀则均为59.84弧度)，在其他影响光谱的因子相同的情况下PAR光谱特征基本相同。对比青藏高原与低海拔北京、安徽六安和河南濮阳地区的观测结果发现：冬至附近晴天(2021年11月20日)，高海拔珠峰地区PAR光谱积分值(309.86 W·m⁻²)比低海拔安徽六安地区PAR积分值(264.4 W·m⁻²)高17.19%;夏至附近晴天(2021年6月3日)，高海拔珠峰地区PAR光谱积分值(487.41 W·m⁻²)比低海拔北京地区PAR光谱积分值(394.15 W·m⁻²)高23.66%;秋分附近晴天(2021年9月19日)，低海拔北京PAR光谱积分值(315.23 W·m⁻²)仅占高海拔珠峰地区PAR光谱积分值(442.49 W·m⁻²)的71.24%;春分附近晴天(2021年3月19日)，高海拔日喀则地区PAR光谱积分值(413.34 W·m⁻²)比低海拔河南濮阳地区PAR光谱积分值(261.82 W·m⁻²)高64.75%。结果表明PAR光谱积分值与海拔正相关，海拔越高，积分值越大。此外，通过全年晴天PAR光谱的观测结果发现光谱辐射照度在时间上存在一定的时序变化特征。具体表现为冬至光谱辐射照度最低，随后光谱辐射照度逐日升高，次年经过春分在夏至达到最高值，夏至后光谱辐射照度逐日降低，经过秋分在冬至再次达到最低值，且春分与秋分光谱辐射照度特征基本相同。
关键词：西藏;高原;晴天;光合有效辐射;观测
论文《青藏高原晴天光合有效辐射光谱观测研究》发表在《高原气象》，版权归《高原气象》所有。本文来自网络平台，仅供参考。
1 引言
光合有效辐射(Photosynthetically Active Radiation, PAR)的光谱范围为400~700 nm，基本与可见光波段重合。绿色植物叶片中的光合色素(叶绿素a、叶绿素b以及胡萝卜素等)吸收PAR进行光合作用，从而产生氧气及有机物，为生物提供能量。地面PAR的光谱特征直接影响该地植物光合作用的效果。此外，PAR也是重要的气候资源，影响地表与大气环境物质、能量交换(郭仕侗等，2023;牛瑞佳等，2023;张强等，2022)。自然太阳光谱具有不可控性和易变形性，因此了解PAR时空分布特征将有助于农业生产中作物种植区域的设计规划和PAR光谱数据库的建立，并在环境监测和气候变化研究中具备重要价值。在光照的各因素中，不同波段光的组成(即：光质)对植物的光合作用具有重要的调节作用(Modarelli et al, 2020;Parys et al, 2021;Esmaeilizadeh et al, 2021;Moazzeni M et al, 2021)，Lim and Kim(2021)以罗勒为实验对象探究了不同波段PAR对植物叶片气孔导度的影响，进而探究对植物光合作用产生的调节作用(D'Onofrio et al, 1998;Ramalho et al, 2002)。此外，由于PAR会影响植物光合色素的形成和积累(Bercel and Kranz, 2021;Elmardy et al, 2021;Zhang et al, 2020)，Di et al (2021)以茄子(Solanum melongena)为试验材料进行了相关研究。为了探索PAR对植物体内碳水化合物的积累以及碳代谢产生的影响(Zheng et al, 2019;Zhang et al, 2018;Lukes et al, 2019;Dickinson et al, 2019)，Gao et al(2020)利用水培菠菜进行了相关探索研究。此外，PAR还会通过影响光合系统二(PSⅡ)的活性进而影响植物光合作用(Xu et al, 2020;Oguchi et al, 2021;Oka et al, 2020;Pashkovskiy et al, 2018;周成波等，2017)。
现有PAR数据主要来源于地面观测站实测和卫星遥感观测。地面观测站实测即地面使用光谱仪器对PAR进行实地测量，从而记录太阳光子穿过大气层时被吸收的特征印迹(黄芳芳等，2024;Thuillier et al, 2003;刘淳等，2021)。卫星遥感观测是指通过卫星轨道参数、卫星姿态参数和成像参数等方式获取地球表面太阳辐射反射、发射和散射等信息(余晓雨等，2022;王树舟等，2023)。本文研究数据均来自地面观测站实测。
国内外对于地面太阳光谱观测研究已有多年，且取得了阶段性的成果，获得了光谱辐射强度日间、月际、年际变化特征，以及随海拔、纬度、气体、水汽、云等因素的变化特征。然而先前的观测研究多针对全光谱以及紫外光谱，针对西藏的多地区、同步长期PAR的观测研究相对较少。近年来，西藏大学的相关研究机构对西藏整体太阳光谱特征进行了实地观测研究(普多旺等，2023;周毅等，2021;王倩等，2022)。此前有西藏大学的研究学者Norsang et al(2014)在西藏地区开展长期光谱观测工作，赵地等观测研究了西藏拉萨太阳紫外线辐射及其影响因子，刘娟等(2020)则对西藏珠峰地区、拉萨和林芝的晴天太阳红斑紫外线和紫外线光谱进行实地观测研究。江灏(1993)通过研究发现太阳总辐射的光谱能量分布中，紫外和可见光部分比例偏小，近红外部分则偏大，且在从冬季到夏季的季节变化中观察到紫外和可见光部分的光谱能量呈现从小到大，而近红外部分则呈现由大到小的变化趋势。在PAR相关研究中，李韧等(2007)利用青藏高原地面观测站的相关资料分析了青藏高原北部的PAR分布特征，而白建辉(2010)在华北地区的4个站点在太阳辐射、气象参数等的综合观测中得到PAR在大气中的衰减。
本文沿着青藏高原30°N附近珠峰、日喀则、拉萨和林芝四个地区进行了一年以上的PAR观测。研究了青藏高原PAR光谱时空变化及其受地理因素的影响，研究结果可为当地植物生长、植物多样性、生态环境等诸多研究领域提供PAR光谱数据。
2 青藏高原光合有效辐射光谱
2.1 观测光谱仪
利用德国TriOS公司生产的RAMSES光谱仪和加拿大Spectrafy公司开发的SolarSIM-G太阳光谱仪对青藏高原PAR光谱进行观测研究;使用荷兰Kipp&Zonen生产的总辐射表观测各站点太阳总辐射。其中，德国RAMSES光谱仪核心部件由ZEISS公司研发的用于光谱检测的微型光学传感单片机模块(MMS系列光谱传感器)组成，其中用于收集光线的集电极是由熔融石英组成，再将收集到的光线传输到30根线性排列的单纤维组成的光线束中，进入多色器后会被安装在模块底部的全息光栅单色处理，最后微电路控制系统控制光电二极管阵列进行光信号的检测与数字化处理，该光谱仪观测波长范围为320~950 nm，精度为0.3 nm。加拿大SolarSIM-G太阳光谱仪是一种软件增强多滤波辐射计，使用滤波光电二极管在几个窄波长波段对太阳光谱进行精确的多光谱测量，由于购入批次不同有两种不同型号：一种波长范围为280~1200 nm，精度为0.1 nm，另一种波长范围为280~4000 nm，精度为0.1 nm。需做出说明：仪器精度越高意味着可识别波段密度越高，在特征光谱图中，精度越高对应特征曲线光滑度越低;文中所用标准光谱是根据美国材料与试验协会(American Society for Testing Materials)由Smarts 2.9.2版模型在指定条件下生成的光谱，其中大气质量1.5和大气层顶条件下模拟光谱分别简称AM1.5G标准光谱和AM0标准光谱。本研究针对PAR波段(400~700 nm)展开，所采用的光谱观测仪器观测波长范围均能覆盖PAR波段。仪器参数及使用情况统计计入表1。
表1 站点光谱观测仪器与观测时间
Tab.1 Instrumentation and observation schedule at the sites
| 站点 | 生产公司 | 光谱仪 | 观测范围/nm | 观测精度/nm | 观测时间 |
| 拉萨 | Trios | RAMSES-ACC-VIS | 320~950 | 0.3 | 2021年1月1日至2022年5月31日 |
| 拉萨 | Spectrafy | SolarSIM-G | 280~1200 | 0.1 | 2022年5月31日至7月31日 |
| 林芝 | Trios | RAMSES-ACC-VIS | 320~950 | 0.3 | 2021年1月1日至2022年3月1日 |
| 日喀则 | Spectrafy | SolarSIM-G | 280~4000 | 0.1 | 2021年1月1日至2022年6月30日 |
| 珠峰 | Spectrafy | SolarSIM-G | 280~4000 | 0.1 | 2021年1月1日至12月8日 |
| 安徽 | Spectrafy | SolarSIM-G | 280~1200 | 0.1 | 2021年12月5日至2022年3月10日 |
| 河南 | Trios | RAMSES-ACC-VIS | 320~950 | 0.3 | 2021年12月5日至2022年6月7日 |
| 北京 | Trios | RAMSES-ACC-VIS | 320~950 | 0.3 | 2021年5月3日至2022年8月25日 |
观测采用的光谱仪，均在购入时由厂家进行绝对校准，总辐射仪则由中国气象局进行绝对校准。光谱仪和总辐射仪数据采集的时间间隔统一设定为1 min，总辐射仪全天24 h采集总辐射数据。拉萨、林芝、河南濮阳及北京采用RAMSES-ACC-VIS辐照度传感器进行全天24 h光谱数据的采集。拉萨、日喀则、珠峰地区(定日)及安徽六安使用的SolarSIM-G光谱仪，可通过设定的地理坐标结合太阳光传感器自动判断当地日出日落时间从而进行日间太阳光谱观测，其导出的光谱数据可直接进行分析研究。综合各地区日升日落的时间，本研究选取08:00(北京时，下同)-20:00的光谱数据进行分析研究。
2.2 观测站点
西藏位于青藏高原西南部，有着丰富太阳能资源和植物多样性，珠峰、拉萨、林芝、日喀则分布在西藏东部及中部，各地观测站均设立在自然保护区附近，既有人类活动又有复杂的植被分布。在选定的观测站进行PAR光谱的实地观测工作，各观测站放置观测仪器的条件均符合光谱观测要求，周围山体直线距离较远且周边无明显遮挡物。青藏高原和内地低海拔地区各观测站点经纬度、海拔、当地正午时刻和晴天日数详细信息如表2所示。
表2 站点地理及观测信息
Tab.2 Sites geographical and observation information
| 站点 | 经度 | 纬度 | 海拔/m | 北京时(当地正午) | 晴天日数/天 |
| 拉萨 | 91.185958°E | 29.649958°N | 3680 | 13:55 | 84 |
| 林芝 | 94.37388°E | 29.66233°N | 2990 | 13:42 | 45 |
| 日喀则 | 88.900659°E | 29.242526°N | 3830 | 14:04 | 131 |
| 珠峰 | 87.13003°E | 28.657985°N | 4330 | 14:11 | 100 |
| 安徽 | 116.921748°E | 31.470745°N | 30 | 12:12 | 8 |
| 河南 | 115.070627°E | 36.003095°N | 50 | 12:19 | 24 |
| 北京 | 116.503234°E | 39.789627°N | 30 | 12:14 | 28 |
针对每个站点的观测时间从2021年1月1日至2022年7月30日。由于各观测站维护情况有所差异，各站点有效光谱数据天数存在一定的差异。由于太阳辐射强度与当地太阳高度角显著相关，特计算各站点二分二至当地正午时刻太阳高度角并记录在表3中。
表3 站点二分二至当地正午太阳高度角
Tab.3 Local noon solar altitude angles for the solstices and equinoxes
| 站点 | 春分/(弧度) | 秋分/(弧度) | 冬至/(弧度) | 夏至/(弧度) | 夏至-冬至/(弧度) |
| 拉萨 | 59.44 | 59.44 | 36.90 | 83.80 | 46.90 |
| 林芝 | 59.43 | 59.43 | 36.89 | 83.79 | 46.90 |
| 日喀则 | 59.84 | 59.84 | 37.30 | 84.20 | 46.90 |
| 珠峰 | 60.44 | 60.44 | 37.90 | 84.80 | 46.90 |
| 安徽 | 57.62 | 57.62 | 35.08 | 81.98 | 46.90 |
| 河南 | 53.09 | 53.09 | 30.55 | 77.45 | 46.90 |
| 北京 | 49.31 | 49.30 | 26.76 | 73.66 | 46.90 |
3 青藏高原晴天光合有效辐射光谱观测结果
已知PAR在穿过云层时，易因相关吸收作用而产生衰减，因此为尽量避免云量因素对光谱的无规律影响，本研究选取晴天(本研究将总辐射观测视窗上方无云层对太阳光遮挡，视为晴天)，以探究青藏高原PAR光谱特征，此外，为了研究PAR光谱季节性变化特征，将春分、秋分、夏至、冬至(二分二至)作为提取PAR的锚点就近选择晴天，并视为冬、春、夏、秋季的季节特征光谱。
3.1 冬至青藏高原晴天光合有效辐射光谱特征
冬至晴天当地正午光谱在理论上为全年晴天正午辐射强度最低。分析了青藏高原珠峰和日喀则地区2021年12月20日(冬至及冬至前后最近的一个晴天)晴天条件观测到的PAR光谱特征，并且筛选了各站点当日最高全波段太阳光谱和对应的PAR光谱数据，分析结果如图1所示。此外，为探究冬至时青藏高原与低海拔地区、AM0和AM1.5G太阳光谱的特征差异，图中添加了安徽省六安市2021年12月21日(冬至及冬至前后最近的一个晴天)的太阳光谱，以及AM0、AM1.5G标准光谱。
图1 冬至附近各站点最大辐射瞬时光谱
Fig.1 Instantaneous spectra of maximum radiation at each site near the winter solstice
冬至珠峰和日喀则光谱特征较接近，但在PAR光谱区珠峰光谱略高于日喀则。原因在于两地地理距离较近(珠峰在日喀则市行政区内)，大气特征相似，两地正午太阳高度角相差仅为0.6弧度。然而珠峰和安徽六安的太阳光谱特征相差较大，珠峰PAR光谱积分值较安徽六安地区的积分值高约17%。原因在于安徽六安海拔低，大气中各种消光成分(气溶胶、臭氧、氧气、水汽等)含量高，特别是气溶胶对可见光吸收消光作用造成两地光谱特征的显著差异;而两地纬度相差约2°，太阳高度角相差仅为2.82弧度，因此对光谱的影响不大。
图1显示冬至青藏高原(珠峰和日喀则)太阳光谱比AM0和AM1.5标准光谱低很多，特别在PAR区相差明显。根据相关理论，大气质量AM1.5光谱的太阳高度角约为41.80弧度，比珠峰正午太阳高度角高10.29%，因此AM1.5G标准光谱高于珠峰。冬至晴天珠峰、AM0和AM1.5的PAR光谱积分值分别为309.86、530.67和429.83 W·m⁻²，其中，珠峰光谱PAR积分值比AM0小41.61%，比AM1.5小约28%。理论上冬至晴天当地正午的太阳光谱是全年晴天条件下最低的当地正午光谱，因为冬至当地正午太阳高度角在全年当地正午太阳高度角中最低，珠峰冬至时正午太阳高度角仅为37.90弧度，夏至时可达84.80弧度。冬至珠峰地面最大瞬时单色辐射照度峰值为1251 mW·(m²·nm)⁻¹，位于451 nm处，而安徽六安的峰值仅为1005 mW·(m²·nm)⁻¹;对比两地PAR积分值，珠峰积分值为309.86 W·m⁻²，安徽六安积分值为264.41 W·m⁻²，珠峰PAR积分值比安徽高17.19%。地面PAR光谱687 nm附近的突然凹陷是由大气中的氧气和水汽吸收所致，在PAR窗区，主要消光是通过气溶胶的消光引起，大气消光较少(Kambezidis, 2021)，该波段包含有臭氧的吸收带(430~750 nm)，氧吸收发生在538 nm和687 nm附近，水汽吸收发生在694 nm附近。
3.2 夏至青藏高原晴天光合有效辐射光谱特征
夏至晴天当地正午光谱理论上为辐射最高值，冬至晴天当地正午光谱为辐射最低值。因此，青藏高原全年晴天当地正午光谱在此光谱区间变化。研究该区间PAR光谱特征能够为青藏高原植物生长特征、辐射环境变化、太阳能资源利用等提供实地观测数据。由于西藏夏季处于雨季多云时期，夏至及其邻近日期较难出现全天晴天情况，在2021年夏至附近发现6月3日为晴天，当天珠峰、日喀则、拉萨同时出现晴天，当天在低海拔北京也为晴天。因此，将当年6月3日作为夏至附近的晴天，对当天各站点PAR光谱数据进行分析研究，图2为6月3日各观测站当地正午的PAR光谱特征。
图2 2021年夏至附近各站点最大辐射瞬时光谱
Fig.2 Instantaneous spectra of maximum radiation at each site near the summer solstice in 2021
分析结果表明夏至青藏高原珠峰、日喀则和拉萨当地正午PAR光谱强度均超过AM1.5的光谱强度(图2)，且均接近大气层顶部(AM0)的PAR光谱强度。此外，观察到青藏高原三个地区的PAR光谱强度在485~700 nm区间重合度较高，而在400~485 nm区间，海拔越高，光谱强度差异越大。在青藏高原三个地区与北京地区的正午PAR光谱强度比较中发现当天北京相应的光谱强度在PAR区远低于青藏高原的光谱，并且低于AM1.5的光谱。具体而言，珠峰地区PAR光谱积分值为487.41 W·m⁻²，比北京地区(394.15 W·m⁻²)高约23.66%，比AM0积分值低约8.15%。当日珠峰PAR光谱单色辐射照度峰值(在波长451 nm处)达到1935 mW·(m²·nm)⁻¹，是AM0标准光谱451 nm处强度的91%，当日北京光谱单色辐射照度峰值仅为1472 mW·(m²·nm)⁻¹，出现在波长479.1 nm处，约为珠峰单色辐射照度峰值的79%。
夏至PAR光谱强度主要与海拔、气溶胶、气体、水汽、云和纬度等因素相关，青藏高原冬至和夏至太阳高度角、大气成分等差异较大，所以PAR光谱存在较大的差异。图3研究了青藏高原珠峰地区冬至和夏至附近PAR光谱变化特征。珠峰夏至光谱单色辐照度峰值达到1935 mW·(m²·nm)⁻¹，冬至时仅为1251 mW·(m²·nm)⁻¹，是夏至峰值的65%。此外，珠峰地区夏至PAR光谱的积分值为487.41 W·m⁻²，比冬至时的积分值高约57.30%。
图3 珠峰冬至与夏至PAR光谱变化
Fig.3 Photosynthetically active spectral interval of Winter and Summer Solstices in Mt. Everest region
3.3 春分和秋分附近青藏高原晴天光合有效辐射光谱特征
在北半球同一地点，其春分点和秋分点的当地正午太阳高度角相同。因此，在其他影响地面太阳辐射的条件相同时，理论上春分点和秋分点的当地正午太阳辐射特征基本相同。在2022年3月19日(春分点附近)西藏日喀则、拉萨和林芝均为晴天。观测研究当日正午PAR光谱特征，结果如图4所示。发现晴天条件下西藏日喀则和拉萨的PAR光谱特征与AM1.5的基本相同。西藏林芝PAR光谱积分值相比AM1.5的低约16.22%;河南濮阳PAR光谱最低，其积分值相比AM1.5低约39.09%。主要原因为林芝海拔较高(约2900 m)，地表和周边反射弱(周边森林);而河南濮阳海拔仅为50 m左右，地表绿地覆盖。春分点晴天当地正午日喀则PAR光谱在波长451 nm处单色辐射照度峰值为1699 mW·(m²·nm)⁻¹;而河南濮阳春分点晴天的光谱峰值仅为951 mW·(m²·nm)⁻¹，是日喀则的55.97%。春分日附近，地面辐射强度随海拔升高而增强，随纬度加大而减弱。
图4 2022年春分附近各站点最大辐射瞬时光谱
Fig.4 Instantaneous spectra of maximum radiation at each site near the vernal equinox in 2022
春季是植物开始生长的季节，春季地表各地PAR光谱特征对当地植物、农作物的生长具有直接的影响。绿色植物通过对PAR光谱中部分波段光谱的光合作用将水和二氧化碳转化为氧气和有机营养物。图4中添加了植物叶绿素(a和b)和胡萝卜素的光合色素相对吸收特征谱，观察到叶绿素a、叶绿素b和胡萝卜素并不均匀吸收所有波段的光谱，而是选择特定波段吸收太阳光。叶绿素a、叶绿素b和胡萝卜素在PAR光谱中的蓝光区吸收谱中心波长分别为420、460和455 nm处;叶绿素a、叶绿素b在PAR光谱中的红光区分别为670、650 nm处，而胡萝卜素在红光区无特征吸收。青藏高原PAR强度高，理论上光有利于促进植物的光合作用。然而影响光合作用的因子不仅有光谱，还包括水分、土壤、温度等众多因素，此部分内容超过本文研究范畴，不做细致阐述。
理论上秋分点与春分点的PAR光谱特征相似。观测数据显示2021年9月19日青藏高原珠峰、日喀则、拉萨和林芝均为晴天。图5所示为当日正午各地区PAR光谱特征，发现秋分点附近青藏高原珠峰、日喀则和拉萨PAR光谱特征与AM1.5的光谱特征相似，各站点光谱基本相互重合，与春分点的光谱特征表现相似。注意到林芝的光谱积分值比AM1.5的低约14.12%;北京地区秋分点9月22日为晴天，观测数据表明北京当地正午光谱远低于青藏高原的光谱，北京光谱积分值是西藏珠峰的71.24%左右。
图5 2021年秋分附近各站点最大辐射瞬时光谱图
Fig.5 Instantaneous spectra of maximum radiation at each site near the autumnal equinox in 2021
秋分点晴天当地正午日喀则PAR光谱在波长482 nm处出现单色辐射照度峰值1696 mW·(m²·nm)⁻¹，珠峰地面秋分点当地正午单色辐射照度峰值在451 nm处达到1748 mW·(m²·nm)⁻¹，北京峰值在479.1 nm处仅为1155 mW·(m²·nm)⁻¹;珠峰、日喀则、北京海拔依次降低，纬度依次增大，可见单色辐射照度与海拔正相关、与纬度负相关。珠峰秋分与春分PAR光谱特征基本相同，积分值约为442.49 W·m⁻²。可见同一地区晴天PAR变化特征：冬至为最小值，逐日增大经过次年春分继续升高，在夏至能达到一年中最大值，随后经秋分逐日衰减，到冬至再次出现最低值。
西藏二分二至晴天PAR光谱特征勾画了青藏高原全年四季特定日期PAR光谱的主要变化特征区间。然而，二分二至的特定光谱没有包含全年全天情况的逐日变化特征，根据地面观测数据，对西藏日喀则2021年全年晴天最大PAR光谱进行了逐日分析和研究，光谱特征结果如图6所示。图6中空白区域因云量影响较大通过晴天筛选方法在本研究定义为非晴天。观测发现西藏晴天多出现在1-3月和10-12月期间，夏季晴天较少，6-9月晴天更少(对应光谱图中缺口较大的部分);全年晴天光谱特征为从冬至月(12月)开始日最大光谱逐渐变高，由于当年6月和7月没有出现晴天，因此最高光谱出现在当年5月15日13:54，光谱单色辐射照度峰值达到1909 mW·(m²·nm)⁻¹，约为AM0(451 nm)的89%，之后随着每日正午太阳高度角降低，PAR光谱强度日渐降低，1月份达到最低，量化的具体光谱变化特征如图6所示。
图6 2021年日喀则晴天日最大PAR光谱特征
Fig.6 Maximum instantaneous radiation on clear days in Shigatse in 2021
4 结论
本文实地观测研究了西藏高海拔地区晴天PAR的光谱特征。对青藏高原春分点、夏至、秋分点和冬至期间当地正午的PAR光谱特征进行量化，勾勒了高原一年四季PAR光谱的变化范围，为研究高原植被光合作用、生态环境等提供实地辐射数据。观测发现西藏高海拔地区冬至及夏至期间PAR光谱变化浮动较大，珠峰地区的冬至和夏至光谱峰值浮动差异达684 mW·(m²·nm)⁻¹，冬至PAR光谱积分值为夏至的约42.7%，夏至附近西藏高海拔地区(珠峰、日喀则和拉萨)当地正午PAR强度极大，光谱强度接近AM0标准光谱，超过AM1.5的相应光谱;夏至高海拔(4330 m)珠峰PAR光谱积分值比低海拔(30 m)北京高约23.66%，比AM0的仅低约8.15%。对比高海拔地区和低海拔地区发现：冬至，高海拔珠峰地区PAR光谱积分值比低海拔安徽六安地区高17.19%;夏至，高海拔珠峰地区PAR光谱积分值比低海拔北京地区高23.66%;秋分，低海拔北京PAR光谱积分值仅占高海拔珠峰地区的71.24%;春分，高海拔日喀则地区PAR光谱积分值比低海拔河南濮阳地区高64.75%。结果表明PAR光谱积分值与海拔正相关，海拔越高，积分值越大。
参考文献
[1] Bercel T L, Kranz S A, 2022. Effects of spectral light quality on the growth, productivity, and elemental ratios in differently pigmented marine phytoplankton species[J]. Journal of Applied Phycology, 34(1): 185-202. DOI: 10.1007/S10811-021-02653-3.
[2] Di Q, Li J, Du Y, et al, 2021. Combination of red and blue lights improved the growth and development of eggplant (Solanum melongena L.) seedlings by regulating photosynthesis[J]. Journal of Plant Growth Regulation, 40(4): 1477-1492. DOI: 10.1007/s00344-020-10211-3.
[3] Dickinson K E, Lalonde C G, McGinn P J, 2019. Effects of spectral light quality and carbon dioxide on the physiology of Micractinium inermum: growth, photosynthesis, and biochemical composition[J]. Journal of Applied Phycology, 31(6): 3385-3396.
[4] D'Onofrio C, Morini S, Bellocchi G, 1998. Effect of light quality on somatic embryogenesis of quince leaves[J]. Plant Cell Tissue & Organ Culture, 53: 91-98. DOI: 10.1023/A:1006059615088.
[5] Elmardy N A, Yousef A, Lin K, et al, 2021. Photosynthetic performance of rocket (Eruca sativa. Mill.) grown under different regimes of light intensity, quality, and photoperiod[J]. PLoS One, 16(9): e0257745. DOI: 10.1371/journal.pone.0257745.
[6] Esmaeilizadeh M, Malekzadeh S M R, Roosta H R, et al, 2021. Manipulation of light spectrum can improve the performance of photosynthetic apparatus of strawberry plants growing under salt and alkalinity stress[J]. PloS One, 16(12): e0261585. DOI: 10.1371/journal.pone.0261585.
[7] Gao W, He D, Ji F, et al, 2020. Effects of daily light integral and LED spectrum on growth and nutritional quality of hydroponic spinach[J]. Agronomy, 10(8): 1082. DOI: 10.3390/agronomy10081082.
[8] Kambezidis H D, 2021. The solar radiation climate of greece[J]. Climate, 9(12): 183.
[9] Lim S, Kim J, 2021. Light quality affects water use of sweet basil by changing its stomatal development[J]. Agronomy, 11(2): 303. DOI: 10.3390/AGRONOMY11020303.
[10] Lukes M, Giordano M, Prasil O, 2019. The effect of light quality and quantity on carbon allocation in Chromera velia[J]. Folia Microbiologica, 64(5): 655-662.
[11] Moazzeni M, Reezi S, Ghehsareh M G, 2020. Growth and chlorophyll fluorescence characteristics of Sinningia speciosa under red, blue and white light-emitting diodes and sunlight[J]. Advances in Horticultural Science, 34(4): 419-430.
[12] Modarelli G C, Arena C, Pesce G, et al, 2020. The role of light quality of photoperiodic lighting on photosynthesis, flowering and metabolic profiling in Ranunculus asiaticus L[J]. Physiologia Plantarum, 170(2): 187-201. DOI: 10.1111/ppl.13122.
[13] Norsang G, Chen Y C, Pingcuo N, et al, 2014. Comparison of ground-based measurements of solar UV radiation at four sites on the Tibetan Plateau[J]. Applied Optics, 53(4): 736-747.
[14] Oguchi R, Terashima I, Chow W S, 2021. The effect of different spectral light quality on the photoinhibition of Photosystem I in intact leaves[J]. Photosynthesis Research, 149(1): 83-92. DOI: 10.1007/s11120-020-00805-z.
[15] Oka K, Ueno Y, Yokono M, et al, 2020. Adaptation of light-harvesting and energy-transfer processes of a diatom Phaeodactylum tricornutum to different light qualities[J]. Photosynthesis Research, 146(1): 227-234. DOI: 10.1007/s11120-020-00714-1.
[16] Parys E, Krupnik T, Kuak I, et al, 2021. Photosynthesis of the cyanidioschyzon merolae cells in blue, red, and white light[J]. Photosynthesis Research, 147(1): 61-73. DOI: 10.1007/s11120-020-00796-x.
[17] Pashkovskiy P P, Soshinkova T N, Korolkova D V, et al, 2018. The effect of light quality on the pro-/antioxidant balance, activity of photosystem II, and expression of light-dependent genes in Eutrema salsugineum callus cells[J]. Photosynthesis Research an International Journal, 136: 199-214.
[18] Ramalho J C, Marques N C, Emedo J N, et al, 2002. Photosynthetic performance and pigment composition of leaves from two tropical species is determined by light quality[J]. Plant Biology, 4(1): 112-120.
[19] Thuillier G, Hersé M, Foujols T, et al, 2003. The solar spectral irradiance from 200 to 2400 nm as measured by the SOLSPEC spectrometer from the ATLAS and EURECA missions[J]. Solar Physics, 214(1): 1-22.
[20] Xu Y, Yang M, Cheng F, et al, 2020. Effects of LED photoperiods and light qualities on in vitro growth and chlorophyll fluorescence of Cunninghamia lanceolata[J]. BioMed Central Plant Biology, 20: 1-12. DOI: 10.1186/s12870-020-02480-7.
[21] Zhang W, Zhu C, Chen S, 2020. Effects of light quality and photoperiod on growth and photosynthetic pigment content of a Rhodophyta, Gloiopeltis furcata[J]. Fisheries Science, 86: 367-373. DOI: 10.1007/s12562-020-01400-w.
[22] Zhang X, He D, Niu G, et al, 2018. Effects of environment lighting on the growth, photosynthesis, and quality of hydroponic lettuce in a plant factory[J]. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 11(2): 33-40.
[23] Zheng L, He H, Song W, 2019. Application of light-emitting diodes and the effect of light quality on horticultural crops: a review[J]. HortScience, 54(10): 1656-1661. DOI: 10.21273/hortsci14109-19.
[24] 白建辉, 2010. 光合有效辐射在大气中的衰减[J]. 环境科学学报, 30(2): 302-313. Bai J H, 2010. The attenuation of photosynthetically active radiation in the atmosphere over Northern China[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 30(2): 302-313.
[25] 郭仕侗, 韦志刚, 王欢, 2023. 珠海凤凰山常绿阔叶林CO₂通量与光合有效辐射及气象因子的关系[J]. 高原气象, 42(3): 795-808. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00051. Guo S T, Wei Z G, Wang H, 2023. Relationship between CO₂ flux, photosynthetically active radiation and meteorological factors in evergreen broad-leaved forest in the Phoenix Mountain Area of Zhuhai[J]. Plateau Meteorology, 42(3): 795-808. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00051.
[26] 黄芳芳, 马伟强, 王遂缠, 等, 2024. 基于CE-318观测的甘肃省气溶胶光学特性分析[J]. 高原气象, 43(1): 241-253. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00030. Huang F F, Ma W Q, Wang S C, et al, 2024. Optical characterization of aerosols in Gansu Province based on CE-318 observations[J]. Plateau Meteorology, 43(1): 241-253. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00030.
[27] 江灏, 1993. HEIFE绿洲区太阳总辐射和地表反射率的分光谱特征[J]. 高原气象, 12(2): 156-161. Jiang H, 1993. The spectrum characteristics of global radiation and surface albedo over oasis region in Heife[J]. Plateau Meteorology, 12(2): 156-161.
[28] 李韧, 季国良, 杨文, 等, 2007. 青藏高原北部光合有效辐射的观测研究[J]. 太阳能学报, 28(3): 241-247. DOI: 10.3321/j.issn:0254-0096.2007.03.003. Li R, Ji G L, Yang W, et al, 2007. The observation study on par coefficient over northern part of Tibetan Plateau[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 28(3): 241-247. DOI: 10.3321/j.issn:0254-0096.2007.03.003.
[29] 刘淳, 任立清, 李学军, 等, 2021. 1990-2019年中国北方沙区太阳能资源评估[J]. 高原气象, 40(5): 1213-1223. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2021.00058. Liu C, Ren L Q, Li X J, et al, 2021. Evaluation to the solar energy resources in the sandy regions of Northern China from 1990 to 2019[J]. Plateau Meteorology, 40(5): 1213-1223. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2021.00058.
[30] 刘娟, 措加旺姆, 诺桑, 等, 2020. 西藏晴天太阳红斑紫外线观测研究[J]. 光学学报, 40(19): 27-35. Liu J, Tsoja Wangmo, Norsang Gelsor, et al, 2020. Observation of solar erythemal ultraviolet radiation on clear days in Tibet[J]. Acta Optica Sinica, 40(19): 27-35.
[31] 牛瑞佳, 文莉娟, 王梦晓, 等, 2023. 积雪和沙尘对冰封期青海湖辐射和温度的影响[J]. 高原气象, 42(4): 913-922. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00021. Niu R J, Wen L J, Wang M X, et al, 2023. Effects of snow and dust on radiation and temperature in Qinghai Lake during ice-covered period[J]. Plateau Meteorology, 42(4): 913-922. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2023.00021.
[32] 普多旺, 拉瓜登顿, 盛敏, 等, 2023. 中国北纬30°地面太阳光谱观测[J]. 光谱学与光谱分析, 43(6): 1881-1887. Pu D W, Lagba T, Sheng M, et al, 2023. Surface solar spectral observation along 30°N in China[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 43(6): 1881-1887.
[33] 王倩, 拉瓜登顿, 普多旺, 等, 2022. 拉萨和北京太阳光谱观测研究[J]. 科技传播, 14(9): 146-149. DOI: 10.16607/j.cnki.1674-6708.2022.09.044. Wang Q, Lagba T Z, Pu D W, et al, 2022. The solar spectral observation in Lhasa and Beijing[J]. Public Communication of Science & Technology, 14(9): 146-149. DOI: 10.16607/j.cnki.1674-6708.2022.09.044.
[34] 王树舟, 马耀明, 吴文玉, 2023. 基于Noah-MP陆面模式的青藏高原地表感热和潜热通量分布及变化特征[J]. 高原气象, 42(1): 25-34. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00036. Wang S Z, Ma Y M, Wu W Y, 2023. Characteristics of distributions and changes of surface sensible and latent heat fluxes on the Qinghai-Xizang Plateau based on the Noah-MP Land Surface Model[J]. Plateau Meteorology, 42(1): 25-34. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2022.00036.
[35] 余晓雨, 贾绍凤, 朱文彬, 2022. 青海省地表净辐射通量的遥感估算方法及时空特征分析[J]. 高原气象, 41(4): 921-933. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2021.00033. Yu X Y, Jia S F, Zhu W B, 2022. Estimation of land surface net radiation flux based on remote sensing and analysis of its spatial-temporal characteristics in Qinghai Province[J]. Plateau Meteorology, 41(4): 921-933. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2021.00033.
[36] 张强, 文军, 武月月, 等, 2022. 雅鲁藏布大峡谷地区近地面-大气间水热交换特征分析[J]. 高原气象, 41(1): 153-166. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2021.00113. Zhang Q, Wen W, Wu Y Y, et al, 2022. Characteristics analysis of the land-atmospheric water & heat Exchanges over the Yarlung Zangbo Grand Canyon Region[J]. Plateau Meteorology, 41(1): 153-166. DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2021.00113.
[37] 赵地, 诺桑, 措加旺姆, 等, 2018. 西藏拉萨地区太阳紫外辐射观测[J]. 大气与环境光学学报, 13(2): 81-87. Zhao D, Norsang Gelsor, Tsoja Wangmo, et al, 2018. Measurements of solar UV radiation in Lhasa, Tibet[J]. Journal of Atmospheric and Environmental Optics, 13(2): 81-87.
[38] 周成波, 张旭, 崔青青, 等, 2017. LED补光光质对小白菜生长及光合作用的影响[J]. 植物生理学报, 53(6): 1030-1038. Zhou C B, Zhang X, Cui Q Q, et al, 2017. Effects of supplementary light quality on growth and photosynthesis of pakchoi (Brassica campestris)[J]. Plant Physiology Journal, 53(6): 1030-1038.
[39] 周毅, 诺桑, 王倩, 等, 2021. 西藏阿里地表面太阳光谱观测[J]. 地球环境学报, 12(5): 549-557. Zhou Y, Norsang G, Wang Q, et al, 2021. Ground-based measurements of solar spectrum in Ngari[J]. Journal of Earth Environment, 12(5): 549-557.
