基于Landsat和MODIS数据融合的农牧区NPP模拟

天山北坡是中国重要的农牧业发展基地,利用遥感数据准确获取植被净初级生产力(Net primary productivity,NPP)的时空信息,对于合理分配农牧业草地资源具有重要意义。由于受到天气影响及卫星传感器受到时间分辨率和空间分辨率的限制,获取既具有中空间分辨率、又具有高时间分辨率的遥感数据比较困难。本文基于中空间分辨率Landsat 8 OLI数据与高时间分辨率MODIS数据,采用遥感数据时空融合STARFM算法,获取中空间分辨率和高时间分辨率序列的遥感数据,以天山北坡中段区域为实验区,结合CASA模型,对区域内植被NPP进行模拟。结果表明,2016年内8个时期,融合后的NDVI数据与对应时刻的Landsat 8 OLI NDVI数据的相关系数不小于0.759,偏差在0.006 2～0.009 4之间,均方根误差在0.074～0.135之间;利用融合数据与CASA模型协同模拟的NPP具有良好的空间细节信息,NPP模拟值与野外实测值决定系数R~2为0.860 1,表明两者具有较好的相关性。本研究为多源遥感影像融合技术与光能利用率模型协同模拟NPP提供了新的思路。     

Impact analysis of climate data aggregation at different spatial scales on simulated net primary productivity for croplands

For spatial crop and agro-systems modelling, there is often a discrepancy between the scale of measured driving data and the target resolution. Spatial data aggregation is often necessary, which can introduce additional uncertainty into the simulation results. Previous studies have shown that climate data aggregation has little effect on simulation of phenological stages, but effects on net primary production (NPP) might still be expected through changing the length of the growing season and the period of grain filling. This study investigates the impact of spatial climate data aggregation on NPP simulation results, applying eleven different models for the same study region (∼34,000 km²), situated in Western Germany. To isolate effects of climate, soil data and management were assumed to be constant over the entire study area and over the entire study period of 29 years. Two crops, winter wheat and silage maize, were tested as monocultures. Compared to the impact of climate data aggregation on yield, the effect on NPP is in a similar range, but is slightly lower, with only small impacts on averages over the entire simulation period and study region. Maximum differences between the five scales in the range of 1–100 km grid cells show changes of 0.4–7.8% and 0.0–4.8% for wheat and maize, respectively, whereas the simulated potential NPP averages of the models show a wide range (1.9–4.2 g C m⁻² d⁻¹ and 2.7–6.1 g C m⁻² d⁻¹ for wheat and maize, respectively). The impact of the spatial aggregation was also tested for shorter time periods, to see if impacts over shorter periods attenuate over longer periods. The results show larger impacts for single years (up to 9.4% for wheat and up to 13.6% for maize). An analysis of extreme weather conditions shows an aggregation effect in vulnerability up to 12.8% and 15.5% between the different resolutions for wheat and maize, respectively. Simulations of NPP averages over larger areas (e.g. regional scale) and longer time periods (several years) are relatively insensitive to climate data aggregation. However, the scale of climate data is more relevant for impacts on annual averages of NPP or if the period is strongly affected or dominated by drought stress. There should be an awareness of the greater uncertainty for the NPP values in these situations if data are not available at high resolution. On the other hand, the results suggest that there is no need to simulate at high resolution for long term regional NPP averages based on the simplified assumptions (soil and management constant in time and space) used in this study.     

2000-2010年锡林郭勒草原NPP时空变化及其气候响应

利用MODIS MOD17A3植被初级生产力数据产品及地面气象观测数据,研究分析了2000-2010年锡林郭勒盟草原NPP的时空变化特征、各气候因子的年际变化特征及NPP与气候因子的相关关系。结果表明,锡林郭勒盟草原NPP的分布由东向西逐渐减小,值大多分布在0~0.5 kg C·m-2;2001-2010年NPP呈现波动变化,整体呈增加趋势,空间分布上更加趋于均匀分布;2000-2010年,研究区内典型草原和荒漠草原各气候因子的变化趋势大致相同,4-9月累计平均气温、平均相对湿度和累计日照时数呈减小趋势,平均风速呈增加趋势,累计降水量典型草原呈轻微减少趋势,荒漠草原呈增加趋势,趋势斜率分别为-0.026和1.044 5,典型草原大部分气候因子的波动程度大于荒漠草原;研究区内两种类型的草原的NPP均与4-9月累计平均气温、平均日最低气温有较强的负相关关系(显著水平分别为P0.001和P0.01),与累计降水量、平均相对湿度有较强的正相关关系(显著水平为P0.01),与4-9月累计日照时数、平均风速呈负相关关系但相关关系较弱,荒漠草原对气候因子变化的响应总体不如典型草原敏感。     

自然植被净第一性生产力模型及其应用

本文利用中国１２５组天然成熟森林资料及Ｅｆｉｍｏｖａ在ＩＢＰ期间获得的世界各地的２３组森林,草地及荒漠等自然被资料应用及相应的气候资料对目前流行的气候生产力模型;Ｍｉａｍｉ模型,Ｔｏｒｎｔｈｗａｉｔｅ Ｍｅｍｏｒｉａｌ 模型,Ｃｈｉｕｋｇｏ模型,综合模型及北京模型的适用性进行了研究。结果表明：Ｃｈｉｋｕｇｏ模型,北京模型与综合模型都能较好地反应森林净第一性生产力状况,但对于干旱半干旱地区,模型与综     

草地对全球气候变化的响应及其碳汇潜势研究

 本研究用综合顺序分类法（ＣＳＣＳ）分析了１９５０－２０００年和２００１－２０５０年期间的草原类型演替及碳汇动态。证明中国草地的碳汇主体依次是冻原和高山草地、温带湿润草地、斯泰普草地和半荒漠草地大类,占中国潜在草地总面积的８５．５２％,年碳汇潜力占中国潜在草地年碳汇潜力的９３．２９％。全球草地的碳汇主体是萨王纳、冻原和高山草地大类,两者的面积和占全球潜在草地总面积的４８．５０％,年碳汇潜力占全球潜在草地年碳汇潜力的７２．２２％。在全球气候暖干化的强（Ａ２ａ）、弱（Ｂ２ａ）情景下,与当前（１９５０－２０００年）情景相比,中国将呈现草地面积减少,林地面积增加的态势;与中国的趋势相反,全球将呈现草地面积增加,林地面积减少的态势。在全球暖干化的Ａ２ａ和Ｂ２ａ模式下,草地年碳汇潜力,中国将分别提升１４．６％和１８．５％,全球将分别提升１７．３％ 和１６．８％。但两者的增长方式不同,全球是以温带湿润草地大类年碳汇潜力大幅增加为特征,而中国是以负增长为特征。我国的暖干化趋势在草地年碳汇潜力上的反映较之全球更强烈。尽管造成全球气候暖干化的自然因素远非人力所能控制,但系统问题只能靠系统综合的办法治理。这是草地工作者当前的使命。     

近42 a黄河源区生长季植被净初级生产力变化及其对气象因子的敏感性分析

利用1971—2012年黄河源区5个气象站逐日气象数据,应用修定的Thornthwaite Memorial模型计算了区域内各站植被生长季（4—10月）NPP,分析了NPP的时空变化特征,同时,探讨了黄河源区NPP对各气象因子的敏感性及各气象要素对源区NPP变化的贡献程度。结果表明：42 a来黄河源区NPP在生长季平均以125.1 kg·hm^-2·a^-1·10a^-1呈逐年上升趋势,期间存在10 a主周期变化和5 a～6 a的次周期变化;源区NPP多年来在空间变化中存在明显的地域差异,具有由南向北、自东到西NPP依次减小的分布特征;黄河源区NPP对最高气温、日照和降水量的敏感性最强,而对风速、相对湿度和最低气温的敏感性相对较弱;气象因子对源区NPP的总和贡献西北部大于东南部,这与NPP多年相对变化的地域分布特点是相一致的。     

陇东耕地净第一性生产力及生态服务价值的时空分异研究

为促进甘肃陇东耕地生态系统和经济持续健康发展,该研究采用生产力和生态服务价值的估算方法,对研究区域耕地净第一性生产力(NPP)和生态服务功能的时空分异进行定量分析。结果表明,1997－2005年陇东黄土高原耕地的NPP和生态服务单位面积价值变化不明显,而总量略有上升。同时,耕地的NPP和生态服务单位面积价值在空间分布上有显著的区域差异性,该区域可分成NPP和生态服务价值相对较低的西北区和相对较高的东南区。在西北区,耕地生态服务单位面积价值为7.7万元/(hm²·a),NPP只有3.54 t/(hm²·a);在东南区,生态服务单位面积价值为10.2万元/(hm²·a),NPP为5.94 t/(hm²·a)。因此,要通过合理调整种植结构和作物布局,充分利用降水资源,以提高研究区耕地的NPP和生态服务价值。     

基于GIS的陕北黄土高原土地生态系统固碳释氧价值评价

 【目的】定量评价生态系统固定CO2和释放O2功能,是生态系统服务功能研究重要内容之一。论文旨在对土地生态系统固碳释氧价值进行遥感测量和评价,为改善区域生态环境提供参考。【方法】论文依据光合作用方程式,采用遥感估算模型,基于植被NPP（第一性生产力）物质量测算结果,分别测算陕北黄土高原绿色植物固碳释氧物质量。以此为基础,分别采用造林成本法和工业制氧法测算其价值量。探讨陕北黄土高原生态系统固碳释氧价值的时间变化、空间分布。【结果】陕北黄土高原固定CO2的价值在1978、1990、2000和2005年分别为141.27亿元、177.46亿元、170.09亿元和247.08亿元,平均值为187.72亿元;释放O2的价值取两种测评方法的平均值,分别为150.07亿元、188.52亿元、192.97亿元和281.48亿元,年平均值为203.26亿元,比固定CO2的平均值多15.54亿元。从土地利用类型来看,固碳释氧价值表现为林地＞耕地＞牧草地＞园地＞其它类型。【结论】陕北黄土高原北部各县的单位面积固定CO2和释放O2价值普遍低于南部各县,总体上分布沿北部向南部逐渐升高。南部的子午岭和黄龙山具有很高的单位面积价值,如黄龙县、黄陵县、富县和甘泉县。北部农牧交错带和中部黄土沟壑区水土流失比较严重的地区固碳释氧的单位面积价值较低,这与生态环境脆弱有关。     

不同放牧制度下短花针茅荒漠草原碳平衡研究

 【目的】从碳平衡的角度为确定荒漠草原合理的放牧管理方式提供依据。【方法】采用野外调查法测定生物量季节动态,密闭气室法测定土壤呼吸动态。【结果】（1）相较于自由放牧,划区轮牧能保持较高的凋落物量、家畜采食量以及地下生物量,在恢复地上植被方面无明显差别,禁牧保持较高的地上生物量、凋落物量及地下生物量;（2）随着放牧的进行和季节水热条件的变化,土壤呼吸呈现不同的变化趋势,自由放牧在干旱季节产生较小的土壤呼吸;（3）生长季内划区轮牧、自由放牧和围栏禁牧下的荒漠草原净生态系统生产力分别为413.78、401.45和416.80 gC&;#8226;m-2&;#8226;a-1。【结论】短花针茅荒漠草原生态系统碳收支表现为碳汇,不同放牧制度对碳收支影响较小,相对而言,划区轮牧较自由放牧有微弱的碳积累优势。     

1987年大兴安岭林火碳释放及火后NPP恢复

以大兴安岭地区1985年一类森林资源连续清查资料和1987年林火资料为数据基础,结合GIS技术,进行大兴安岭1987年林火碳释放及火后净初级生产力(NPP,net primary productivity)恢复的研究.通过对1987年火烧迹地林火发生前各树种的生物量的估算,得出在1987年林火中大兴安岭林区森林释放的碳量约为1.97×10~6～2.47×10~6 t;同时分别比较火烧中各树种的碳释放量和不同火烧等级下的碳释放量.结果表明:落叶松在1987年林火中释放碳量约0.96×10~6～1.19×10~6 t,占碳释放总量的49%左右;重度火灾中碳释放量占总碳释放量的99.4%.火后乔木层的NPP恢复在21年间成逐渐增加的趋势,并且恢复趋势表明在火后23～24年的时候中度火灾后的乔木层NPP可达到未过火林地的水平.