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土壤呼吸 | 森林中溶解有機物的移動在解凍期間影響下游土壤的二氧化碳通量
森林約占全球土壤碳庫的70%,是調(diào)節(jié)大氣CO2濃度的關(guān)鍵因素。濕地作為陸地和水生系統(tǒng)的過渡區(qū),通常地下水位接近地表。全球變暖導(dǎo)致北方低地森林被濕地取代,造成景觀破碎化,并可能改變碳通量。土壤CO2通量占大氣碳的20-38%,其主要來源是土壤呼吸,包括自養(yǎng)和異養(yǎng)呼吸。異養(yǎng)呼吸受溫度、濕度和溶解有機物(DOM)影響。低分子量化合物(LMW)更易降解,促進(jìn)微生物活動和土壤呼吸。解凍期雨雪事件可將DOM輸送至濕地,影響土壤CO2通量。本研究假設(shè),解凍期森林濕地集水區(qū)的土壤CO2通量受DOM運動的影響,目標(biāo)是分析CO2通量變化,確定DOM的影響, 并探索微生物在其中的作用。圖們江位于中國、朝鮮和俄羅斯的交界處,最終流入日本海,地處中高緯度地區(qū),范圍為北緯41.99°到44.51°(圖1(a))。布爾哈通河是圖們江的重要支流,其上游流域面積為1560平方公里。該流域以山地森林為主,森林、農(nóng)田和濕地的覆蓋率分別為81.7%、12.0%和2.0%(圖1(b))。主要植被為蒙古櫟、白樺、紅松和苔草,分別分布在混交林和濕地中。土壤類型包括壤土、粉質(zhì)黏壤土和黏土,深度分別為0–11、11–34和34–64厘米。水東森林濕地流域(SFWC)是布爾哈通河流域的一個子流域,面積為0.98平方公里,其中森林、農(nóng)田和濕地面積比例分別為93.1%、0.7%和2.2%。此外,高地森林匯聚形成一條流經(jīng)下游濕地的溪流。因此,該流域為研究融化期間森林濕地內(nèi)DOM運動對土壤CO2通量變化特征的影響提供了一個理想的天然實驗室(圖1(c))。圖 1. 圖們江流域地理位置(TRB,a)及BRW主要土地利用分布(b)。森林濕地流域內(nèi)現(xiàn)場站點(▲)、土壤呼吸站點(●)、水體采樣站點(▲)的空間分布及相應(yīng)的場景圖片(c)。上游水和下游水分別是流入濕地的上游水和流出濕地的下游水的簡稱。本研究使用便攜式...
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稻田中浮萍(Lemna minor L.)生長對水稻產(chǎn)量及其潛在原因的影響
菱透浮萍綠錦池,夏鶯千囀弄薔薇透過浮萍,詩人的眼里看到的是其和水中菱葉相映成趣的景象,是夏日池塘的勃勃生機。而在科研學(xué)者的眼中,看到的是天南星目浮萍科的水生植物,是潛藏在水稻種植中的雙刃劍。營養(yǎng)物質(zhì)的爭奪?自然光照的遮擋?生存空間的占據(jù)?在一片生機之下,浮萍和水稻之間塑造著另一番景象..由于氣候變暖/或灌溉水富營養(yǎng)化的影響,稻田中的浮萍(DGP)大幅增加。本研究考慮到生態(tài)因素、光合能力、光譜變化和植物生長等因素,對三個代表性水稻品種進(jìn)行了田間試驗,以確定DGP對水稻產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明,DGP顯著降低pH值0.6,日水溫降低0.6℃,水稻抽穗期提前1.6天,并平均增加了葉片的SPAD和光合速率分別為10.8%和14.4%。DGP還顯著提高了RARSc、MTCI、GCI、NDVI705、CI、CIrededge、mND705、SR705、GM等多種植被指數(shù)的數(shù)值,并且水稻冠層反射光譜的一階導(dǎo)數(shù)曲線在DGP處理后呈現(xiàn)出“紅移”現(xiàn)象。上述因素的改變可導(dǎo)致株高平均增加4.7%,干物質(zhì)重量平均增加15.0%,每平方米穗數(shù)平均增加10.6%,千粒重平均增加2.3%,最終籽粒產(chǎn)量增加10.2%。 DGP誘導(dǎo)的籽粒增產(chǎn)可以通過降低稻田水的pH值和溫度來實現(xiàn),從而提高SPAD值和葉片的光合作用,刺激水稻植株生長。這些成果可以通過水稻和浮萍之間的生物協(xié)同作用,為未來農(nóng)業(yè)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供有價值的理...
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Picarro | 中國城市潛在NH3排放源-化糞池
在城市污水處理與農(nóng)村生活廢棄物管理中,化糞池作為一種常見的糞便處理設(shè)施,承擔(dān)著重要角色。然而,化糞池在分解過程中會產(chǎn)生包括氨氣在內(nèi)的惡臭氣體,這些氣體不僅對周圍環(huán)境造成異味污染,還可能對人體健康構(gòu)成威脅。以下論文中,來自上海市環(huán)境科學(xué)研究院的研究團(tuán)進(jìn)行了化糞池的相關(guān)研究,以降低化糞池氨氣排放對環(huán)境的負(fù)面影響,促進(jìn)生態(tài)平衡和可持續(xù)發(fā)展,為相關(guān)領(lǐng)域的政策制定和技術(shù)改進(jìn)提供理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。中國城市潛在NH3排放源-化糞池背景介紹在中國高度污染的城市大氣中,大氣新粒子形成可能是由于硫酸和胺的成核機制,而目前尚不清楚為什么中國的城市大氣中富含胺。在城市中,盡管抽水馬桶的普及率接近100%,但人類排泄物大多儲存在建筑物下面的化糞池中,而不是直接運往污水處理廠?;S池中大量NH3是微生物分解的產(chǎn)物,可以通過連接屋頂?shù)乃芰瞎茚尫诺酱髿庵小hb于胺與氨是共同排放的,有理由認(rèn)為人類排泄物也可能是中國城市中胺的重要來源。除了解氨排放特性外,基于氨和胺同時測量來制定準(zhǔn)確的氨排放清單是必要的。研究方法來自上海市環(huán)境科學(xué)研究院的研究團(tuán)隊于2020年7月6日至30日在上海市環(huán)境科學(xué)研究院的化糞池及室外環(huán)境中利用Picarro G2103氨氣分析儀以1HZ高時間分辨率進(jìn)行了NH3在線測量,同時測量了各種胺組分。結(jié) 論在人類活動的驅(qū)動下,持續(xù)觀測到強烈的C2-和C3-胺排放脈沖,其中(C3H7N)以前很少測量到,...
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R語言(“REddyProc”包)對渦動小時通量數(shù)據(jù)處理的方法介紹
目錄1. 后處理方法介紹1.1 Ustar閾值判斷(主要針對夜間NEE)1.2 數(shù)據(jù)插補1.2.1 查表法插補(LUT法)1.2.2 平均日變化曲線法(MDC法)1.2.3 樣本邊緣分布采樣法(MDS法)1.3 數(shù)據(jù)拆分2. REddyProc包處理數(shù)據(jù)格式介紹2.1 輸入需要處理數(shù)據(jù)的格式2.2 輸出處理完畢數(shù)據(jù)的格式3. REddyProc包的R代碼介紹3.1 準(zhǔn)備—R程序包安裝、運行、目標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入和調(diào)整3.2 數(shù)據(jù)后處理3.2.1 Ustar閾值計算3.2.2 數(shù)據(jù)插補3.2.3 NEE拆分插補3.2.4整合處理結(jié)果并輸出數(shù)據(jù)渦動通量數(shù)據(jù)處理分為在線處理(online-processing)和后處理(post-processing)。其中在線處理針對高頻通量數(shù)據(jù)(e.g.10Hz data)通過一系列標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行計算,最后得到帶有質(zhì)量評價的低頻通量數(shù)據(jù)(e.g.half-hour data),后處理主要包括Ustar閾值估計、數(shù)據(jù)插補和碳通量(NEE)拆分(植被總生產(chǎn)力GPP和呼吸消耗Re)及其結(jié)果的可視化表達(dá)。當(dāng)夜間大氣湍流運動較弱時,摩擦風(fēng)速u?降低,渦動相關(guān)系統(tǒng)測量碳通量NEE時會出現(xiàn)低估的現(xiàn)象,數(shù)據(jù)漂移值增多。通常需要判斷出u?閾值,剔除這些低于u?閾值的NEE;對缺失的數(shù)據(jù)進(jìn)行插補,有利于得到完整的時間序列并得到更長時間尺度(月或年)下的均值;NEE通過主流的模型方...
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渦動相關(guān)觀測與數(shù)據(jù)處理基礎(chǔ)知識系列之一:通量塔的選址與建塔的基本原則
近年來,采用渦動相關(guān)(eddy-covariance,EC)方法測量溫室氣體通量的站點數(shù)量在迅速增加,但是要在科學(xué)目的、工程標(biāo)準(zhǔn)、安裝運行成本和實用性之間做出平衡,尋找到最佳的解決方法,仍是一個具有挑戰(zhàn)的工作。從觀測結(jié)果準(zhǔn)確性和精確度來說,選址、建塔等站點設(shè)計的環(huán)節(jié)是重中之重。1、位置選擇站點選址的基本原則是,該站點能夠盡量觀測到全部的研究對象,這涉及到兩個問題,一個是方向,一個是架設(shè)高度。首先是確定觀測區(qū)域近幾年的主風(fēng)向,可以參考近幾年的氣象數(shù)據(jù)。由于中國大部分地區(qū)是季風(fēng)氣候,一般在春夏和秋冬會有兩個主風(fēng)向,這時候要考慮通量儀器的架設(shè)方向,實驗觀測的主要周期等。如果儀器架設(shè)方向可以隨主風(fēng)向的改變方便調(diào)整,或者實驗周期是明確區(qū)分了春夏或者秋冬,那么在選址時可以選在觀測對象的下風(fēng)向,這樣可以盡可能多的觀測到目標(biāo)對象;如果不能改變通量儀器的架設(shè)方向,且是長期定位觀測,那盡量將觀測地點選址在觀測對象的中央位置,或者沿主風(fēng)向的中點位置,這樣可以盡可能的在不改變儀器方向和位置的前提下,觀測到盡可能多的研究對象。確定架設(shè)高度要滿足通量儀器的基本觀測條件, 即滿足湍流運動的充分交換。一般的架設(shè)高度是下墊面冠層高度的1.5到2倍(具體確定觀測高度的經(jīng)驗法則見圖 1);在相對平坦和均勻的下墊面條件下,觀測距離大約是觀測有效高度的100倍(風(fēng)浪區(qū)原理),具體范圍需要根據(jù)footprint源區(qū)計算,隨著...
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LI-2100 | 大興安嶺南部白樺的水分利用規(guī)律及其對干旱環(huán)境的適應(yīng)性
大興安嶺地處中國東北,這里的氣候寒冷干燥,冬季漫長而嚴(yán)寒,夏季則短暫而涼爽,適宜白樺的生長。亭亭白樺,悠悠碧空,微微南來風(fēng)。春天,是大興安嶺的白樺樹復(fù)蘇的季節(jié)。雪融水潤,大地回春,在這神秘而美麗的土地上,白樺樹以其獨特的水分利用能力,展現(xiàn)出了大自然魅力。大興安嶺南部白樺的水分利用規(guī)律及其對干旱環(huán)境的適應(yīng)性本研究旨在考察大興安嶺南部天然次生林中主要植物白樺(Betula platyphylla)的水分利用模式。該調(diào)查利用氧穩(wěn)定同位素技術(shù),時間跨度涵蓋2019年7月至2020年9月。東北地區(qū)研究區(qū)的位置及其森林分布(綠色)?!捌渌笔侵噶值兀ɑ疑┮酝獾耐恋乩妙愋?。在兩年的時間里,在純白樺林內(nèi)建立的 30 m × 30 m 的樣地內(nèi)進(jìn)行了季節(jié)性田間試驗。作者選擇了五棵健康的白樺木,其高度和胸徑接近研究區(qū)域的平均值。樣地土壤剖面較淺(厚度約為 40-70 厘米)土壤采樣在每月中旬無雨的日子或降雨后的幾天進(jìn)行。每月系統(tǒng)采集10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、60 cm深度的樹木木質(zhì)部水和土壤水樣本,進(jìn)行穩(wěn)定同位素分析。成熟植物體內(nèi)水的同位素組成可以反映植物水分來源的同位素組成。2019年和2020年(5月至10月)在樣樹上取樣,每棵樣樹取樣3個重復(fù)。使用手動螺旋鉆獲取土壤水樣,并用封口膜密封在玻璃容器中,用于隨后的同位素分析。為了減輕蒸發(fā)對同位素含量的影響,所有土壤...
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使用無人機高光譜圖像和小型校準(zhǔn)數(shù)據(jù)集對田間土壤有機質(zhì)進(jìn)行高分辨率測繪
中國農(nóng)業(yè)發(fā)生于新石器時代。中國農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)包括種植業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)、漁業(yè)和副業(yè);但數(shù)千年來一直以種植業(yè)為主。東北地區(qū)的黑土地,是寶貴的農(nóng)業(yè)資源。黑土地的土壤富含有機質(zhì),深黑色的沃土,沉甸甸的感覺讓人感受到這片土地的肥沃。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,科技的應(yīng)用在這片沃土上也發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,科研團(tuán)隊利用機載高光譜對黑土地的土壤有機質(zhì)做了相關(guān)研究。使用無人機高光譜圖像和小型校準(zhǔn)數(shù)據(jù)集對田間土壤有機質(zhì)進(jìn)行高分辨率測繪快速獲取田間尺度土壤有機質(zhì)(SOM)的高分辨率空間分布對于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)至關(guān)重要。無人機成像高光譜技術(shù)以其高空間分辨率和時效性,可以填補地面監(jiān)測和遙感的研究空白。本研究旨在測試在中國東北典型低地勢黑土地區(qū)使用無人機高光譜數(shù)據(jù)(400–1000 nm)和小型校準(zhǔn)樣本集進(jìn)行1 m分辨率SOM繪圖的可行性。該實驗在大約20公頃的土地上進(jìn)行。為了進(jìn)行校準(zhǔn),使用 100 × 100 m 網(wǎng)格采樣策略收集了 20 個樣品,同時隨機收集了 20 個樣品進(jìn)行獨立驗證。無人機捕獲空間分辨率為0.05×0.05 m的高光譜圖像。然后對每 1 × 1 m 內(nèi)提取的光譜進(jìn)行平均以代表該網(wǎng)格的光譜。在應(yīng)用各種光譜預(yù)處理(包括吸光度轉(zhuǎn)換、多重散射校正、Savitzky-Golay 平滑濾波和一階微分)后,SOM 光譜相關(guān)系數(shù)的絕對最大值從 0.41 增加到 0.58。最佳隨機森林(R...
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使用 VIS-NIR 光譜儀通過特征波長和線性判別分析法快速區(qū)分有機和非有機葉菜(空心菜、莧菜、生菜和小白菜)
有機蔬菜,是指在蔬菜生產(chǎn)過程中嚴(yán)格按照有機生產(chǎn)規(guī)程,禁止使用任何化學(xué)合成的農(nóng)藥、化肥、生長調(diào)節(jié)劑等化學(xué)物質(zhì),以及基因工程生物及其產(chǎn)物,而是遵循自然規(guī)律和生態(tài)學(xué)原理,采取一系列可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)技術(shù),協(xié)調(diào)種植平衡,維持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定,且經(jīng)過有機食品認(rèn)證機構(gòu)鑒定認(rèn)證,并頒發(fā)有機食品證書的蔬菜產(chǎn)品。關(guān)于如何快速鑒別有機蔬菜與非有機蔬菜,光譜儀器的應(yīng)用提供了新的思路。一起來了解一下今日推薦的文章。使用 VIS-NIR 光譜儀通過特征波長和線性判別分析法快速區(qū)分有機和非有機葉菜(空心菜、莧菜、生菜和小白菜)當(dāng)前有機葉類蔬菜面臨著可能被非有機產(chǎn)品替代以及容易脫水和變質(zhì)的挑戰(zhàn)。為了解決這些問題,本研究采用ASD FieldSpec 4 便攜式地物光譜儀 結(jié)合線性判別分析 (LDA) 來快速區(qū)分有機和非有機葉菜。有機類包括有機空心菜 (Ipomoea Aquatica Forsskal)、莧菜 (Amaranthus tricolor L.)、生菜 (Lactuca sativa var. ramosa Hort.) 和小白菜 (Brassica rapa var. chinensis (Linnaeus) Kitamura),而非有機類別由四種對應(yīng)的非有機類別組成。分別對這些蔬菜的葉子和莖的反射光譜進(jìn)行二元分類。鑒于 VIS-NIR 光譜范圍廣泛,使用穩(wěn)定性選擇 (SS)、隨機森林 (RF)...
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Picarro | 淡水沉積物中的微塑料影響主要生物擾動者在生態(tài)系統(tǒng)功能中的作用
微塑料是指直徑小于5毫米的塑料顆粒,它們主要來源于塑料制品的磨損、降解和破碎,對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了不容忽視的影響。微塑料廣泛分布在河流、湖泊、海洋等水體中,對水環(huán)境會造成污染,也可被水生生物攝取,進(jìn)而在食物鏈中傳遞,最終影響到人類健康。此外,微塑料還可能影響浮游動物的攝食、生長和繁殖,從而影響整個生態(tài)系統(tǒng)的功能。針對微塑料是否會影響生物擾動活動,國外的一組團(tuán)隊展開了研究。淡水沉積物中的微塑料影響主要生物擾動者在生態(tài)系統(tǒng)功能中的作用 微塑料(粒徑≤5mm)是塑料廢物中的一部分,會通過沿海徑流和河流進(jìn)入到海洋。根據(jù)其密度差異,或漂浮在水中或進(jìn)入沉積物中。沉積物-水界面是水中生物主要活動區(qū),通過生物地球化學(xué)過程在生態(tài)系統(tǒng)功能中發(fā)揮著重要作用。這些生物地球化學(xué)過程主要由微生物活動驅(qū)動,而底棲無脊椎動物生物擾動作用明顯,可憑借進(jìn)食、排泄、推土、掘穴以及建造洞穴、土堆和坑等行為影響各界面間的養(yǎng)分動態(tài)及微生物過程。但目前尚不清楚微塑料的存在是否會影響生物擾動者在沉積物中的生理和活動。基于此,為填補研究空白,國外的一組研究團(tuán)隊在法國東南部Lone des Pe?cheurs河床收集沉積物,過篩后,于-20℃儲存以殺死微生物。然后測量了沉積物樣品的顆粒物粒徑分布、總有機碳(TOC)和總氮含量(TN)。將沉積物和微塑料在玻璃瓶中混合以形成4個微塑料濃度(0 顆粒物/kg沉積物干物質(zhì)(對照)...
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Picarro | 青藏高原中部冰芯氣泡δ18O指示晚全新世冰川變化
在青藏高原的腹地,巍峨的唐古拉山脈佇立于世界之巔,其冰川如同大自然的年輪,默默記錄著地球氣候的每一次微妙變化。冰川之中,那些被冰封的氣泡,就像是時間的容器,保存著過去氣候的密碼。冰芯氣泡,是冰川積累過程中空氣被困于冰層之中形成的。它們不僅僅是簡單的空氣囊泡,而是攜帶著過去氣候信息的寶貴資源。當(dāng)雪花飄落并逐漸積累成冰時,其中的空氣被封存,形成了氣泡。這些氣泡中的空氣成分,包括溫室氣體如二氧化碳和甲烷,以及它們的濃度,都是反映當(dāng)時大氣成分的重要指標(biāo)??茖W(xué)家們通過分析這些冰芯中的氣泡,揭示了氣候變化的歷史,而冰芯中的δ18O值更是成為了解這一歷史的關(guān)鍵線索。青藏高原中部冰芯氣泡δ18O指示晚全新世冰川變化 冰芯中的氣泡是冰初形成時的地球大氣,蘊含了關(guān)于過去的無窮訊息,是研究古大氣環(huán)境最直接的方法,且已廣泛用于區(qū)域或全球氣候重建。極地和高山冰川冰芯中空氣含量的變化除了與積雪速率和氣溫變化有關(guān),主要與太陽輻射強度有關(guān),已用于建立冰芯年代學(xué)。冰芯氣泡的氧同位素比率(δ18Obub)可以指示氣溫高低的變化。然而,由于缺乏長期連續(xù)的數(shù)據(jù)記錄,人們對其在山地冰川中的氣候影響知之甚少。基于此,在本文中,來自中國科學(xué)院青藏高原研究所的研究團(tuán)隊在青藏高原中部的唐古拉冰山(33°06'36.6' N,92°04'24.4' E)鉆取了190.3 ...
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Resonon | 使用高光譜成像儀和機器學(xué)習(xí)對新鮮和凍融牛肉進(jìn)行分類
肉類富含豐富的蛋白質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì),不僅能夠滿足我們的味蕾,還能夠提供我們身體所需的能量和營養(yǎng)。隨著肉類需求的增加,大規(guī)模的肉類生產(chǎn)和運輸過程中,肉類的速凍可以一定程度保持食物的新鮮度和口感。然而,關(guān)于速凍解凍的肉類,和新鮮肉類的混淆,讓人難以分辨。首爾大學(xué)的研究人員利用高光譜成像技術(shù),做了相關(guān)的研究。使用高光譜成像儀和機器學(xué)習(xí)對新鮮和凍融牛肉進(jìn)行分類由于對安全、可食用肉類的需求的不斷增加,冷凍儲存技術(shù)得到了不斷改進(jìn)。然而目前存在解凍肉在處理和銷售過程中被進(jìn)行了錯誤的標(biāo)記,宣稱為新鮮肉類,這可能導(dǎo)致消費者受到誤導(dǎo)或產(chǎn)生安全隱患。在這項研究中,使用高光譜圖像數(shù)據(jù)構(gòu)建了一個機器學(xué)習(xí)(ML)模型,用于區(qū)分新鮮冷藏、長期冷藏和解凍的牛肉樣本。通過四種預(yù)處理方法,共準(zhǔn)備了五個數(shù)據(jù)集來構(gòu)建ML模型。使用PLS-DA和SVM技術(shù)構(gòu)建了模型,其中應(yīng)用散點校正和RBF核函數(shù)的SVM模型性能最佳。結(jié)果表明,利用高光譜圖像數(shù)據(jù)立方體,可以構(gòu)建區(qū)分新鮮肉類和非新鮮肉類的預(yù)測模型,這可以成為肉類儲存狀態(tài)常規(guī)分析的快速、非侵入性方法。安裝在暗室中的高光譜數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的配置示意圖基于此,來自首爾大學(xué)的研究人員使用Resonon Pika L 高光譜成像儀,在近紅外光譜的400-1000 nm波段內(nèi)獲取高光譜圖像數(shù)據(jù)立方體,進(jìn)行了相關(guān)研究。在本研究中,圖像采集系統(tǒng)安裝在暗室中,以確保完全消除外部光并能夠采集高光譜圖像...
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