基于改进CASA模型的陕西省植被NPP遥感估算

[目的]探究陕西省陆地生态系统植被群落生产状况,分析陕西省植被NPP时空格局变化及影响因素,为准确评估陕西省陆地生态系统碳源/汇,实现区域生态可持续发展,达成碳中和目标提供参考依据。[方法]基于温度—植被干旱指数(Temperature Vegetation Dryness Index, TVDI)对CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型水分胁迫因子进行改进,从而估算陕西省2010—2020年植被NPP,并利用热点分析法、趋势分析法以及地理探测器对陕西省植被NPP进行空间分布格局、年际变化趋势和驱动因子研究。[结果](1)陕西省NPP空间分布呈现南高北低、冷热点区域差异明显的特征;(2)陕西省2010—2020年NPP平均值介于331.02～416.34 gC/(m²·a),NPP均值在100～600 gC/(m²·a)占比最大,最低值和最高值区间占比不足20%;(3)全省2010—2020年83.3%的面积植被NPP值无显著变化,4.2%的面积呈增加状态,12.5%的面积NPP值呈下降趋势;(4)降水...     

基于3S技术的河北省山区植被净初级生产力估算及空间格局研究

植被净初级生产力是国际地圈—生物圈计划（IGBP）、全球变化与陆地生态系统（GCTE）以及京都协定的核心研究内容之一。以GIS为主要技术手段,借助CASA模型计算出河北省山区NPP,分析了山区NPP的空间格局,并对森林、草原的NPP分布情况进行了统计分析,对引起这种变化的主要因子进行了初步探讨,评价分析模型的不确定性。结果表明:（1）河北省山区2012年植被NPP总量为24 746.51 kt/a,平均值为744.1 g/（m²·a）;从整体上看,植被NPP主要分布在境内燕山山脉,太行山山脉呈带状分布,其它地区零星分布。（2）河北省山区NPP值差异显著,由森林、草原、灌丛依次递减。（3）NPP空间分布与气温和降水的空间分布有一定的相关性。研究结果为河北省山区生态系统结构功能协调性、生态承载力、生态服务功能等后续研究奠定基础,为山区社会经济和生态环境可持续发展提供科学依据。     

基于遥感和CASA模型的西江流域NPP时空分布特征研究

基于EOS/MODIS遥感资料,采用CASA模型分析西江流域陆地植被净第一性生产力（NPP）的时空变化特征。结果表明:西江流域平均植被NPP为400～500 gC/（m²·a）,上游地区偏低,为200～300 gC/（m²·a）,中下游地区较高,平均500～600 gC/（m²·a）,部分地区可达到800 gC/（m²·a）以上;植被NPP季节变化显著,夏季最高,春、秋季节次之,冬季最低小;西江流域植被NPP的空间差异明显,在5-10月,上游地区植被NPP较低,中下游地区较高;在1-3月,上游地区尤其是南盘江流域的植被NPP较高,中下游地区尤其是中游地区明显较少。西江流域植被NPP的空间特征还表现在汛期空间差异大,枯水期空间差别小。     

土地利用/覆被变化对鄂尔多斯市草地生态系统净初级生产力的影响

[目的]探究土地利用/覆被变化对鄂尔多斯市草地生态系统净初级生产力(NPP)的影响,为该区退牧还草措施的高效实施和草地资源的合理管理提供理论依据。[方法]基于多源遥感影像数据、多期土地利用/覆被数据和气象数据等,运用光能利用率模型(CASA),模拟鄂尔多斯市草地生态系统净初级生产力(NPP),并进行分析和探讨。[结果](1)鄂尔多斯地区草地NPP总量在2001年(5 700.16Tg)到2015年(7 634.61Tg)间增加了1 934.46Tg;空间分布上存在明显的地域差异性。(2)该市2001—2015年耕地面积持续减少;15a间,林地面积增加了4 593km~2;草地净减少量为786.38km~2,其中草地与未利用地之间的相互转化最大,有大量耕地、林地转变为草地,面积达到376.5km~2。(3)该市2001—2015年草地类型未发生变化地区NPP增长量为1 999.42Tg;草地转为其他土地类型共引起草地NPP减少量为303.98Tg,其中转为耕地、林地和未利用地导致其NPP减少量分别为35.08,69.81和118.28Tg;其他土地类型转化为草地导致NPP的总增加量达128.96Tg,其中由耕地、林地、水域、未利用地转化带来的草地NPP增量分别为36.30,31.39,17.58,151.38Tg。[结论]土地利用/覆被对草地NPP影响较大,耕地和林地向草地的转化、未利用地的重新利用使得草地碳汇总量增加。草地向未利用地、水域、城乡工矿居民用地的转化使得草地生态系统碳汇能力减弱。     

基于CASA模型的植被净初级生产力时空演变格局及其影响因素——以湖北省为例

为了揭示湖北省植被NPP的时空演变规律及驱动机制,基于CASA模型计算2000—2018年湖北省植被NPP,结合气象数据和土地利用数据,利用重心模型、相关性分析和贡献指数等方法分析植被NPP的时空变化及其影响因素。结果表明:(1)2000—2018年湖北省植被NPP年均值介于532.19～656.49 g C/(m²·a),整体呈波动上升趋势;(2)湖北省植被NPP在空间分布上表现为由西北向东南递减的趋势,植被NPP重心迁移轨迹呈M型,西北地区的增量和增速较大高于东南地区。(3)湖北省植被NPP与年均气温呈正相关的区域面积占全省总面积的54.49%,主要分布在荆门、荆州地区以及宜昌东南部地区; 年均NPP与年降水量呈正相关的面积高达87.65%,主要分布在随州、襄阳和孝感北部地区。(4)2000—2018年研究区域内NPP总量增加19.86×10^-2 Tg C,在土地利用变化引起的NPP损益中,主要由其他土地类型向林地、耕地和草地转换引起; 不同时期土地覆盖变化对NPP总量的贡献率有所差异,2000—2010年建设用地贡献率最高为53.81%,2010—2018年耕地贡献率最高为61.53%。     

青海湖流域植被的净初级生产力估算

[目的]定量估算青海湖流域2001—2011年草地净初级生产力(net primary productivity,NPP),查明其时空演化特征,为流域草地可持续利用与生态建设及相关的政策制订提供科学依据。[方法]选取陆地生态系统碳循环模型(CASA模型),逐像元模拟2001—2011年青海湖流域草地生态系统NPP的时空变化。[结果](1)2001—2011年青海湖流域草地年均NPP为1.12×1013g/a,单位面积平均值为168.03g/(m2·a);(2)NPP在空间分布上呈现东南高,西北低的格局,这与流域水热因子在空间上的分布一致。近11a流域草地年均NPP总体呈上升趋势,年增加率约为1.74g/(m2·a),湖区北部、东部为主要增加区域;(3)青海湖流域草地NPP具有明显的季节变化特征,7月草地NPP达到最高,1月NPP最低。其中5—9月生长季草地的NPP占到了全年的90.40%。[结论]所选模型模拟精度较高,能够较好地反映流域NPP的空间分布规律和时间变化特征。可以认为改进后的CASA模型在气候资料稀缺的该地区进行模拟是可行的。     

1993-2015年中国草地净初级生产力格局及其与水热因子的关系

[目的]估算1993-2015年中国草地净初级生产力（net primary productivity,NPP）,分析其时空变化格局及与水热因子的关系,了解这一时期中国草地生态系统的生产力水平及其对水热因子变化的响应。[方法]基于长时间序列遥感数据,气象数据和植被类型数据,运用CASA模型（Carnegie-Ames-Stanford Approach）估算草地净初级生产力,利用一元线性回归、二阶偏相关分析以及GIS空间分析方法,探讨草地NPP的变化趋势以及与对水热因子的关系。[结果]①1993-2015年,中国草地NPP年均总量为7.595×10¹⁴ g （以C计）,单位面积NPP均值为296.76 g/m²/a。总体上,草地NPP呈现从东部到西部、从南部到北部逐渐减少的空间分布特征。②1993-2015年草地NPP总量以-1.415×10¹² g/a的线性速率（p>0.05）波动式下降。其中,1993-2010年草地NPP总量以-2.312×10¹² g/a的线性速率（p<0.05）显著降低,2011-2015年草地NPP总量以7.00×10¹¹ g/a的线性速率（p>0.05）波动式上升。1993-2015年,NPP呈减少态势的面积大于NPP呈增加态势的面积且40.40%的草地NPP呈现显著性变化。③年际变化上,除去2011年以来草地NPP的波动性变化,草地NPP与太阳总辐射和降水量的二阶偏相关性显著,与年平均气温没有表现出显著的相关关系。空间分布上,草地NPP与太阳辐射显著偏相关的面积 > 与降水显著偏相关的面积 > 与气温显著偏相关的面积。[结论]1993-2015年,中国草地NPP总体上呈现普遍降低、局部改善的变化特征。这种变化主要受到太阳总辐射和降水量的影响,受温度变化的影响较弱。     

2000-2010年皖江城市带土地利用/覆被变化对区域净初级生产力的影响

基于2000年、2005年、2010年3期Landsat TM/ETM遥感影像解译数据,定量分析了近11年来皖江城市带土地利用时空变化;利用MODIS/NDVI数据及气象数据,基于改进的CASA模型估算了同期植被NPP,分析、评估了地类转换对研究区植被NPP的影响程度.结果表明:2000-2010年,研究区的土地利用格局变化显著,主要表现为耕地、草地、未利用土地面积不断减少,建设用地、水域面积持续增加,林地面积先减后增;土地利用类型转换以耕地的显著减少和建设用地的快速增加为主要特点;近11年来,研究区植被NPP整体上呈增加趋势,且呈现出南高北低的空间分布格局;各用地类型的NPP均值都在增加,林地NPP增幅最大;长江以北地区植被NPP呈逐渐增加趋势,沿江和长江以南地区的植被NPP变化趋势反之;耕地转为建设用地造成的NPP损失量最大.     

2001-2015年青藏高原草地碳源/汇时空变化及其与气候因子的关系

净生态系统生产力(NEP)是估算区域植被碳源/汇的重要指标。以青藏高原为研究区,基于光能利用率模型,利用遥感数据、气象数据和基础地理数据测算了2001—2015年草地生态系统净初级生产力(NPP),同时,应用土壤呼吸模型估算了逐月平均土壤呼吸量(Rs),进而估算青藏高原草地净生态系统生产力(NEP)。研究揭示了2001—2015年青藏高原草地生态系统NPP,NEP时空格局及其与气候因子的关系。结果表明:(1)2001—2015年,青藏高原草地生态系统整体表现为碳汇,平均净碳汇总量为1.82×1014 gC/a;(2)2001—2015年青藏高原草地生态系统NEP呈波动增加趋势,年平均值为120.8gC/(m2·a),年平均增长率为0.7gC/(m2·a);(3)研究区草地NPP与温度、降水相关性不显著,NEP与降水、温度均呈负相关。     

基于权重最优组合和多时相遥感的作物估产

多时相遥感数据比单一时相携带了更多的反映作物产量的信息,研究如何将多时相遥感信息进行有机融合以提高作物估产精度的方法是具有意义的。权重最优组合（WOC）是一种通过对单个模型权重的最优化,来构建高精度组合模型的原理方法。论文以黑龙江农垦友谊农场大麦产量遥感估算为例,首先利用大麦4个时相的Landsat5 TM影像分别构建单一时相的大麦产量模型,然后利用WOC的迭代算法,通过赋予4个单一时相产量模型以最优权重,生成基于多时相遥感的组合模型估算大麦产量,结果表明：基于WOC和多时相遥感的组合估产模型的决定系数R2与单一时相的相比得到较大改善,估算精度提高明显。同时,通过对WOC获取的各时相单一模型最优权重大小进行分析表明：应用多时相遥感数据进行作物估产时,权重大小能够反映各时相遥感数据所携带的产量信息的多少,这对于如何选择和确定能有效反映作物产量的敏感遥感时相具有一定的指导意义。     

基于植被长势的香蕉区域估产信息扩散模型

基于Landsat-8和MODIS数据,首先采用面向对象方法对海南岛香蕉种植区的空间分布进行初次提取,然后采用基于时序植被指数的马氏距离方法进行二次提取,最后对两次提取结果进行空间叠加,采用随机选点实地验证的方法对分类精度进行评价。针对区域估产样本数量少的问题,统计2014-2015年的MODIS数据和2015年的香蕉区域产量数据,以全生育期香蕉长势为输入变量建立信息扩散区域估产模型,利用交叉验证方法评价估产精度,同时评价估产模型对于产量增减变化趋势模拟的准确性。通过组合多个生育阶段构建三种信息扩散估产方案,对比各方案的估产精度。结果表明:(1)采用面向对象和马氏距离的综合分类方法精度较高,总分类精度和Kappa系数分别为82.5%和0.7338,一致性检验的结果较好。(2)基于全生育期香蕉长势的信息扩散模型估产精度较高,平均相对误差为26.0%,决定系数为0.9216,解释能力和稳定性较好;对年际间产量趋势变化的预估准确率达到83.3%。(3)基于全生育期构建的单变量信息扩散估产方案精度最高,相比其它两种多变量建模方案平均相对误差分别降低2.9个百分点和10.4个百分点。可见,信息扩...     

基于3S技术的草地估产系统的研究与应用

该研究旨在利用全球定位系统GPS、借助GIS系统和遥感技术RS的统计和结合功能,通过多年地面观测工作和卫星影像的印证和草地专家系统分析,通过在GPS相关接收的芯片实现中改进m序列发生器的结构,实现草地信息获取,建立草地估产系统。利用该系统对草原进行估产的结果表明：所设计的各数据接口工作正常,估产结果与实测结果有很好的吻合度,且估产精度有所提高,使小范围内所获研究结果和草地视图信息得以外延和扩展。     

基于信息扩散和关键期遥感数据的冬小麦估产模型

农作物估产对于国家制定粮食进出口政策和保障粮食安全具有重要意义。为构建高精度的作物估产模型,探讨了一种将信息扩散原理和关键期遥感数据相结合的农作物遥感估产方法。首先利用信息扩散原理将关键期遥感数据生成的NDVI和实割实测产量数据扩散到多维监控空间,采用模糊合成的方法建立关键期遥感数据和实割实测产量之间的离散关系模型。然后针对模型的稳定性和精度进行交叉验证,并与多元线性回归模型和BP神经网络模型进行对比。结果表明,利用信息扩散方法构建的遥感估产模型稳定性和精度都明显提高,与多元回归方法和BP神经网络方法相比,决定系数分别提高0.180、0.491,均方根误差分别降低173.10、487.79 kg/hm2。该方法能较好地模拟冬小麦遥感估产中归一化植被指数和产量之间的非线性关系,且泛化推广能力优异,为应用关键期遥感数据进行冬小麦估产提供了一种有效方法。     

基于RS和GIS技术的县域土地流转应用研究

以安徽省肥西县为例,耕地是土地的精华,是农业生产不可替代的重要生产资料,是保持社会和国民经济可持续发展的重要资源。只有确定了比较合理的价格,出让土地才能获得合法收益,农户转让土地才能得到合法补偿,各种形式的土地流转才能顺利进行。建立土地流转制度,核心问题就是要建立科学的土地价格评估系统,因此使用RS和GIS技术进行的地力评价工作为土地流转提供一个科学的依据。     

基于高光谱的中国干旱区棉花遥感估产（英）

该文测定了棉花盛蕾期至吐絮后期各时期冠层的高光谱反射率以及产量,并对棉花产量与冠层光谱植被指数进行相关分析。结果表明：棉花各生育期可见光波段、近红外波段及短波红外波段光谱反射率与产量间分别呈显著负相关、显著正相关与显著负相关。根据棉花冠层光谱波形特征,利用植被红边波段560 nm反射峰、670 nm吸收谷、近红外波段890 nm反射峰、980和1?210 nm两个弱水汽吸收谷、短波红外1?650和2 200 nm反射峰,设计归一化差值光谱指数,并与棉花产量进行相关分析,上述波段组合定义的归一化差值光谱指数与产量在各生育期均达显著或极显著相关。VARI_700抗大气植被指数在各生育期均达极显著相关。     

基于通量观测数据的玉米水碳交换量及水分利用效率分析

揭示玉米生长期内水分、二氧化碳交换量及水分利用效率的变化规律,对于认识玉米生长规律,指导农业灌溉具有重要意义。该文采用美洲通量网(Ameri Flux)3个农田通量站的数据,计算玉米生育期内的水分消耗量ET(evapotranspiration)、总初级生产力GPP(gross primary productivity)和生态系统净交换量NEE(net ecosystem exchange)及水分利用效率,并采用统计分析方法分析饱和水汽压差和光合有效辐射对水分利用效率的影响。结果表明,该区域玉米整个生育周期约为156~180 d,ET为440~520 mm,GPP为1 320~1 640 g/m2,以C计,NEE为-560~-620 g/m2,以C计;水分利用效率,NEE/ET为1.2~1.4 g/kg,GPP/ET为3.0~3.5 g/kg。水分利用效率与饱和水汽压差(VPD)成负指数关系,存在常数k使得GPP/ET正比于VPD-k,最优k值为0.42~0.63。水分利用效率与光合有效辐射无显著相关性。     

基于遥感的中国草地生产力初步计算

草地生产力研究对于评估草地生态系统食物供给具有重要意义.在基于MODIS的2001年l km中国陆地生态系统土地覆盖类型产品和植被净初级生产力(NPP)产品,运用各种草地生产力计算模型,初步计算了当年中国各草地生产力指标.计算得到:2001年,中国草地生态系统产干草1.44亿t,理论载畜量为1.08亿个羊单位,潜在食物供给为羊肉308.92万t.结果表明,基于遥感的草地生产力计算方法机理性较强,现势性好,可在较短时间内获取大范围年度草地生产力指标,其计算结果较为符合中国草地生产力的实际分布情况.     

黄土高原植被净初级生产力的时空变化及其与气候因子的关系

以西北典型植被脆弱区黄土高原为研究区,利用AVHRR GIMMS和MODIS两种NDVI数据源,基于CASA模型对1982-2014年黄土高原植被净初级生产力（NPP）进行模拟,并分析其时空变化特征及其与气候因子的关系。结果表明：黄土高原年均植被NPP为254.0gC?m-2,1982-2014年总体呈增加趋势。不同植被类型NPP有较大差异,落叶阔叶林NPP值最高,年均NPP达513.0gC?m-2,其次为常绿针叶林、草甸、农田、灌丛和草原。黄土高原植被NPP空间分布差异显著,表现出南高北低的特点。从NPP年际变化的空间分布来看,在退耕还林还草生态工程实施之前（1982-1998年）,黄土高原大部分区域植被NPP变化不明显。自1999年后该区植被NPP增加趋势显著,增速达到5.38gC?m-2?a-1。在空间分布上,66.6%的区域植被NPP呈显著增加趋势,主要分布在陕北高原、山西中西部的吕梁-太行山等地。退耕还林等生态工程的实施,使该区植被状况得到改善。黄土高原植被NPP与降水量具有显著的相关性,但与气温相关性不大,说明降水是影响黄土高原植被NPP的主要因素。     

基于RS与GIS的近代黄河三角洲丹顶鹤生境分析

以近代黄河三角洲3期TM遥感影像(1986年,1996年,2001年)及研究区1980年的地形图为基础数据,应用RS与GIS技术,结合野外调查,采用空间多样性指数(S_d)对1986-2001年近代黄河三角洲丹顶鹤生境适宜性的时空变化进行了分析.依据S_d值的高低与丹顶鹤生境的相关性我们将S_d分为4类:低值区(0,0.25]、中低值区(0.25,0.50]、中高值区(0.50,0.65]、高值区(0.65,1.00],值越高,生境质量愈高,适宜程度亦愈高.结果表明:从1986-2001年近代黄河三角洲丹顶鹤生境的破碎化程度加深,生境连通性降低,适宜性下降.不适宜生境(S_d≤0.5)的区域面积比重呈现出增加的趋势:从1986年的65.11%增加到1996年的70.79%,又增加到2001年的77.06%;S_d>0.5的区域面积比重呈现出明显的下降趋势:1986年,1996年和2001年的面积比重分别为34.9%,28.2%,22.93%.     

基于MODIS与TM时序插补的省域尺度玉米遥感估产

针对省域尺度作物估产中的TM影像时相不一致和覆盖能力不足的问题,以山东省2008年玉米产量为研究对象,在6景不同玉米物候期的TM影像和长时间序列的MODIS全覆盖影像的支持下,构建基于玉米生长过程的时序插补模型,将不同物候期的TM影像插补为玉米乳熟期的同期数据集,并通过地面实割实测样本数据,建立地面-TM、TM-MODIS的两阶段遥感估产模型,开展省域尺度玉米产量全覆盖遥感估测方法研究。结果表明,基于时序插补的省域尺度玉米遥感估产方法能充分发挥TM和MODIS影像的各自优势,有效地避免TM影像时相不同所造