基于CSCS的黑河上游潜在植被NPP及其水热关系研究

潜在植被NPP空间分布格局是植被长期适应自然的结果,是NPP与外界环境关系的反映,通过这种关系有助于理解地表碳循环发生的环境背景。本研究利用综合顺序分类法(CSCS)对黑河上游潜在植被进行模拟,通过植被反演计算潜在植被NPP总量以及累积量,探讨了潜在植被NPP与水热因子之间的相关性。结果表明,黑河上游潜在植被类型共有8个类,且具有明显的垂直地带性分布特征。潜在植被NPP积累量分布特征为河流流经的地区高于其他地区,在山区中,随着海拔的上升,NPP积累量呈先上升后下降的趋势,潜在植被的NPP积累量由黑河上游水热分布条件决定的。NPP积累量与≥0℃年积温在寒冷和寒温级内呈正相关,在微温级内呈负相关;与湿润度在干旱、微干、微润和湿润4个等级内呈正相关,在潮湿级内呈负相关。这种分布格局反映了潜在植被对生境和气候变化的多元适应性结构。     

基于净初级生产力的春小麦生产潜力及估产研究——以甘肃省白银区为例

利用2010年白银区春小麦生长季(4—7月)空间分辨率为250 m的MODIS影像和气象站点的气象数据,通过CASA模型建立了基于MODIS数据的春小麦净初级生产力遥感估算模型,估算出白银区春小麦生长季的净初级生产力(NPP),通过春小麦NPP与干物质转换关系计算出春小麦生产潜力。结果表明:白银区南部春小麦的NPP和生产潜力均大于北部地区,其NPP最小值为42 g C·m-2·a-1,最大值为402 g C·m-2·a-1,且春小麦的生产潜力有明显的季节性规律。根据春小麦生产潜力与实际产量的拟合关系建立了产量估测模型,并对该模型做了精度验证与实用性评价,结果显示该估产模型均方根误差RMSE为76.33 g·m-2,相对均方根误差RMSEr为23.51%。     

2000-2010年内蒙古防沙带草地NPP的变化特征

利用CASA模型计算得到2000-2010年净初级生产力(NPP)及2000年与2010年30 m分辨率的土地利用/覆被数据,探讨近年来内蒙古防沙带草地NPP的变化特征及其与自然因素之间的关系.结果表明:①2000-2010年,研究区草地转为建设用地成为草地流失的主要因素,而荒漠成为草地增加的主要来源,水体与耕地成为草地增加的第二来源.②内蒙古防沙带草地NPP表现为“整体改善,局部退化”的态势.NPP明显增加区主要为海拔低于500 m的东部科尔沁地区与东南部的宁城县、建平县等区域.NPP降低区西至固阳县东至正蓝旗呈带状分布.③从模型的回归结果看,影响草地NPP降低因素的重要性排序为:高程(DEM)＞降水量＞气温＞草地初始质量.草地NPP增加与降低面积在海拔1000m与1300m左右时达到峰值,而这两个海拔高度又恰好是人类活动活跃区,说明草地NPP受人类活动的影响也非常明显.降雨量对草地NPP有明显的正面影响,而气温则表现为负面影响.     

近百年全球草地生态系统净初级生产力时空动态对气候变化的响应

气候变化是影响生态系统空间地理分布、结构和功能的主要因素。为了从长时间序列大空间尺度上了解气候变化对草地生态系统的影响及其反馈机制,本研究利用综合顺序分类法及分段模型分别模拟了1911-2010年间全球草地生态系统及净初级生产力(NPP)的时空动态,并通过相关性分析揭示草地NPP对不同气候因子的响应。结果表明,在过去的百年间,全球草地面积从1920s的5175.73万km²下降到1990s的5102.16万km²,其中冻原与高山草地类组的面积下降最多,为192.35万 km²,荒漠草地类组、典型草地类组和温带湿润草地类组的面积分别下降了14.31、34.15和70.81万km²,而热带萨王纳类组的面积增加了238.06万km²。在气候变化的影响下,大多数草地类组的重心均向北方移动,在北半球尤为明显。全球草地NPP从1920s的25.93 Pg DW/年增加到1990s的26.67 Pg DW/年。就各草地类组而言,冻原与高山草地类组、荒漠草地类组、典型草地类组、温带湿润草地类组的NPP均呈现下降趋势,分别下降了709.57、24.98、115.74和291.56 Tg DW/年,而热带萨王纳类组的NPP则增加了1887.37 Tg DW/年。从全球尺度来看,降水是影响草地NPP的主要气候因子。总的来说,近百年气候变化对全球草地生态系统产生了深刻的影响,尽管草地NPP呈现增加的趋势,但暖湿化的气候变化对草地生态系统的结构和空间分布产生了不利的影响。     

区域尺度上森林生态系统碳储量的估算方法分析

提高森林生态系统碳储量估算的精度,在全球碳循环和气候变化研究中具有重要意义。从生物量和净初级生产力角度出发,综述了中国森林生态系统碳储量估算的主要方法及手段,阐述了综合遥感、地面观测数据及生态系统过程模型来研究特定区域特定时段森林生态系统碳循环及碳储量的必要性,探讨了我国森林生态系统碳储量研究的发展趋势和亟待解决的一些问题。     

石河子绿洲植被净第一性生产力遥感估算研究

[目的]探索适合西北绿洲区的NPP遥感模型,估算石河子绿洲区植被净第一性生产力.[方法]在GIS的支持下,利用卫星遥感数据和气象数据,以光能利用率模型为基础进行研究.[结果]构建了绿洲区植被净第一性生产力NPP估算模型,以1989～2001年的石河子绿洲区植被为例,对13年间的植被净初级生产力进行了估算,得到石河子绿洲区植被净第一性生产力13年平均值为2.086 TgC/a,其年均变化量为0.049 TgC/a,绿洲植被碳密度在237.3～309.3 gC/m2变化.[结论]研究时段内NPP总体呈现增长的趋势,这主要是近年来该区降水、气温以及土地利用方式改变的影响结果.     

基于5种气候生产力模型的天山北坡主要草地类型NPP计算分析

[目的]通过对天山北坡不同生态区域典型地带性草地的动态监测,为实现草地资源的信息化提供基础资料和参考.[方法]根据大西沟、小渠子、牧业试验站、乌鲁木齐、米泉和柴机湖等6个气象站2004～2009年的气候资料,分别采用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型、Chikugo模型、朱志辉模型和周广胜模型对天山北坡8个草地类型自然植被净第一性生产力进行了计算,并进行了反演,分析了各模型估算不同类型天然草地NPP的误差.[结果](1)研究区的均温升高了近0.125 9℃,年降水量降低了2.265 9 mm;(2)5种模型计算的8个草地类型NPP值,虽然在数值上有差异,但变化趋势表现出高度的一致性;(3)精度反演比较显示周广胜模型精度较高,但也有不足,实际应用时需要修正.[结论]在2004～2009年气候"干旱高温"的变化趋势下,各草地类型的生物量随气候变化明显,各模型在一定程度上能反应出NPP的变化趋势.     

气候和土地利用变化对成都市植被NPP时空分布的影响

以2001-2010年MOD17A3数据集的年均NPP数据为基础,分析成都市植被净初级生产力的时空变化及其影响因素,并借助回归分析方法对引起植被NPP变化的影响因素进行量化分析.结果表明:研究区植被净初级生产力年际变化特征明显,年净初级生产力分布在560～699gC/(m~2·a)之间,平均值为663gC/(m~2·a),总体来看10年间成都市植被净初级生产力呈波动减少趋势,年际减少为5.04gC/(m~2·a).空间分布上表现为由西南向东北逐渐减少的趋势,不同地形区植被NPP变化程度各异,其中平原区植被NPP下降趋势最为显著,其次为山区,而丘陵区植被NPP呈上升趋势.温度、降水量、耕地面积和建设用地面积对整个成都市植被NPP时空变化的独立解释能力分别为2.3%,16.4%,1.0%,10.5%,即研究区植被NPP受到自然因素和人为因素共同作用,而自然因素对植被NPP时空变化的主控作用总体上大于人为因素.对各地形区而言,山区NPP变化主要受到温度和降水量影响,降水量是主控因素(独立解释能力为6.6%);平原区NPP变化主要受到降水量、耕地面积和建设用地面积影响,建设用地面积为主控因素(独立解释能力为10.3%);丘陵区NPP变化主要受到温度、降水量、建设用地面积影响,建设用地面积为主控因素(独立解释能力为5.2%).研究结果为区域生态环境的建设,以及合理的城市土地利用规划提供依据.     

2000-2015年新疆伊犁河谷草地NPP时空变化特征

以伊犁河谷为研究区,基于Modis NPP遥感数据,并借助于GIS空间分析技术及Mann-Kendall检验和Theil-Sen median趋势分析等方法,对伊犁河谷2000-2015年草地NPP的时空变化进行了分析。结果表明:（1）伊犁河谷全区草地NPP多年平均值为272.99 g C/（m²·a）,大部分草地NPP值介于200~400 g C/（m²·a）,主要分布于河谷内的中山、高山及昭苏盆地等区域,各草地类型中山地草甸分布面积最广,NPP平均值也最大;（2）草地NPP总体呈非显著减少趋势,平均减小速率为0.94 g C/（m²·a）,空间上,全区73.94%草地的NPP出现不同程度的减少,减小速率主要介于1.0~5.0 g C/（m²·a）,类型主要属于山地草甸、温性草原及高寒草甸;（3）伊犁河谷草地NPP减小速率总体随NPP的增加而逐步增大,但NPP值介于300~400 g C/（m²·a）的平均减小速率最大;（4）海拔分异上,1 000~2 000 m海拔带内NPP减少最为明显,而NPP有所增加的草地主要分布于2 000~3 000 m海拔带内。     

欧亚大陆草原带1982-2008年间净初级生产力时空动态及其对气候变化响应研究

欧亚大陆草原带主要包括哈萨克草原和蒙古草原,是世界上最大的过渡生态系统。 同时该区域属于典型的干旱半干旱地带,因此对气候变化较为敏感。但是,针对该区域的净初级生产力(net primary productivity, NPP)研究尚有诸多不足,特别是哈萨克草原。本研究在原有BEPS(Boreal Ecosystem Productivity Simulator)模型的基础上,对光合最大羧化效率(V_c,max)和自氧呼吸等过程算法进行了优化,以地面实测样方数据对改进后的模型进行精度验证,进而利用改进后的BEPS模型模拟了1982-2008年间的欧亚大陆草原带植被净初级生产力。结果表明,改进的 BEPS 模型与3个地区(哈萨克斯坦,内蒙古和新疆)的样地观测数据相比均具有较好的拟合精度,且预测能力较原有BEPS模型均有一定程度的提升;27年间,区域内NPP的平均值为120 g C/m²,其中蒙古草原为116.9 g C/m²,哈萨克草原为 122 g C/m²。在区域暖干化的背景下,蒙古草原的NPP呈现上升趋势,而哈萨克草原则在前苏联解体前后先上升后下降。区域内草地主要与年降水具有显著的正相关关系,而对温度的响应普遍较弱,表明降水是该区域植被生长的主要气候影响因子。