农业生态系统的总初级生产力(Gross Primary Production)，指农作物在单位时间和单位面积上通过光合作用所固定的有机碳总量，与粮食产量密切相关。卫星遥感技术能够提供大尺度的陆面观测数据，被广泛应用于光能利用率模型，从而也应用于农业生态系统的总初级生产力估算。而最近的研究发现已获业界广泛认可的MODIS卫星数据产品在被誉为“世界粮仓”的美国中西部地区出现显著低估，从而引起相应的科学争议。

针对这一争议，清华大学地学中心研究团队利用通量塔数据、遥感数据、农业统计数据等多种数据源，在不同的空间尺度上对MODIS卫星数据产品进行了全面的验证研究。研究发现，MODIS卫星数据产品在美国中西部的通量塔站点均出现大幅低估（图一）。基于七个通量塔站点的观测数据，玉米与大豆的最大光能利用率分别是MODIS卫星数据产品的2.67倍和1.57倍；而基于四年的郡级国家统计数据，玉米与大豆的最大光能利用率分别是MODIS卫星数据产品的2.48倍和1.13倍。研究结果表明，光能利用率模型的参数率定问题是造成美国中西部农地总初级生产力显著低估的主要原因。区分碳三与碳四作物不同的光能利用率是农地总初级生产力估算的关键，因此基于遥感的粮食产量估算，不仅需要土地覆盖制图，更依赖于准确的年际土地利用分布制图。

图一. 美国中西部七个农地通量塔站点所观测与模拟总初级生产力时间序列。

此研究结果解释了学术界在地区农地生产力上的争议问题，解决了遥感数据在生物地球化学模型的实际应用问题。论文第一作者为辛秦川博士，合作者包括澳大利亚新南威尔士大学的Broich博士、美国内布拉斯加大学林肯分校的Suyker教授、清华大学的俞乐博士和宫鹏教授。研究论文发表在农林学科顶级期刊《农业和林业气象学》(Agricultural and Forest Meteorology) 上。

附文献链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016819231400272X