Estimating canopy nitrogen content by coupling PROSAIL-PRO with a nitrogen allocation model
Notice bibliographique
Résumé
• This study coupled PROSAIL-PRO and a nitrogen allocation model (PROSAIL-NAM). • PROSAIL-NAM was proposed to estimate canopy nitrogen content (CNC). • The performance of PROSAIL-NAM on CNC estimation was evaluated using six datasets. • Satisfactory estimations of CNC were obtained for all datasets (RMSE = 0.54–1.56 g/m 2 ). Nitrogen is one of the most important macronutrients for plant growth and timely estimation of canopy nitrogen content (CNC) is crucial for agricultural applications. Remote sensing has emerged as an important tool to quantify CNC using either empirically or physically based methods. Most empirical methods use chlorophyll related spectral indices and are dependent on the relationship between nitrogen and chlorophyll, which varies with vegetation types and growth stages. In contrast, physically based methods use the full-range reflectance data and retrieve CNC from coupled leaf and canopy radiative transfer models (such as PROSPECT-PRO + 4SAIL, PROSAIL-PRO). However, the subtle absorption features of nitrogen and protein in fresh leaves hinder the accurate estimation of CNC. Therefore, this study proposed an efficient and mechanistic framework to estimate CNC (PROSAIL-NAM) by coupling PROSAIL-PRO with a nitrogen allocation model, which divided the total nitrogen into non-photosynthetic nitrogen (NPN) and photosynthetic nitrogen (PN). At the canopy level, PN and NPN are assumed to be proportional to canopy chlorophyll content (CCC) and canopy dry matter content (CDM), respectively. The PROSAIL-PRO model was first used to estimate CCC and CDM, and then the resulting CCC and CDM were fed to the nitrogen allocation model to estimate CNC. The estimation accuracy of CNC was assessed with six diverse datasets: four from field crop experiments across geographic sites, one from multiple ecosystems, and one from a satellite-ground joint experiment. Our results showed that satisfactory estimations of CNC were obtained when CCC and CDM were estimated using a model inversion method (RMSE = 0.54–1.56 g/m 2 ) and a hybrid retrieval method (RMSE = 0.49–2.25 g/m 2 ). The model inversion method was comparable with the hybrid retrieval method for ground platforms, but performed better for airborne and satellite platforms. In addition, the traditional protein-nitrogen conversion model obtained CNC from the canopy protein content and led to clear overestimations of CNC with RMSE > 1.95 g/m 2 . This study represents a first attempt to develop a robust approach by coupling PROSAIL-PRO with a nitrogen allocation model for accurate estimation of CNC across geographic sites, ecosystems, and platforms. These finding will advance the monitoring of CNC from regional to global scales.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».