气候变化对渭河流域自然植被净初级生产力的影响研究(Ⅱ)——渭河流域自然植被净初级生产力的研究

利用渭河流域及其周边地区52个气象站1959～2010年的逐日气象资料,采用周广胜-张新时模型、Penman-Monteith模型、气候倾向率、相关分析和Spline插值等方法,分析了近52年湿润指数的时空变化特征及其对NPP(自然植被净第一性生产力)的影响,并对未来不同的气候变化情景下NPP对气候变化的可能响应进行预估。结果表明:NPP高值区位于秦岭山区、关中部分地区、子午岭、六盘山和华山地区,总体呈下降趋势(P>0.1),仅个别站点微弱上升;NPP与降水、相对湿度和湿润指数成正相关(P<0.001),与潜在蒸散量、日照时数和气温负相关,温度对于NPP累积起到的作用有限,降水是主要制约因素;不同的气候情景对NPP的模拟表明,温度和降水同时上升的情况下NPP增幅15%以上,仅温度升高而降水不变NPP增加10%左右,温度上升而降水下降导致NPP不升反降,仅个别地区出现小幅上升。     

基于CASA模型的三江源地区植被净初级生产力遥感估算研究

以改进后的CASA模型为基础,利用MODIS数据、气象数据和植被类型数据,估算了2010年三江源地区植被净初级生产力(NPP)。结果表明:三江源地区NPP的总值为52.146×1012gC·a-1,平均值为146.66g C·m-2·a-1,呈现由东南向西北逐渐递减的空间分布趋势,并随着海拔和坡度的增高,NPP先升高后降低。     

近10年甘南牧区草地净初级生产力变化研究

以改进的CASA模型为基础,结合MODIS NDVI数据、气象资料,估算了甘南牧区草地2000、2005、2008年牧草生长旺季7月净初级生产力,并分析了其时空动态.结果显示:(1)甘南牧区草地净初级生产力(NPP)的空间分布基本格局是西南偏西和东北两区域最低,然后由西南-东北方向为轴心逐渐向内陆中心部分递增,该分布规...     

气候因素和人类活动对砒砂岩区植被净初级生产力的影响

砒砂岩区是黄土高原水土流失最严重的地区之一,其植被生长状况对该区控制土壤侵蚀和维护生态平衡起着重要作用。本文基于CASA模型和Rclimdex 1.0分别计算了2001—2021年砒砂岩区植被净初级生产力NPP和18个极端气候指数,采用趋势分析、相关分析、随机森林重要性排序、残差分析等研究了砒砂岩区NPP时空变化及其对气候因素的响应特征,并量化了气候因素和人类活动对砒砂岩区NPP的相对贡献。结果表明：（1）2001—2021年砒砂岩区NPP变化呈显著增加趋势,但未来82.5%的区域NPP将由增加趋势变为减少趋势。（2）年际尺度上,砒砂岩区NPP与年均气温、年总降水量、极端强降水指数主要呈正相关,与冷夜日数TN10P、气温日较差DTR呈负相关。季节尺度上,春季均温以及暖夜日数增加有利于NPP增加,且存在滞后影响。夏季暖昼日数增加不利于植被生长,且NPP对夏季暖昼日数存在3个月的滞后响应。夏季极端强降水有利于NPP增加,而夏季干旱不利于植被生长,且NPP对持续干燥日数CDD存在3个月的滞后响应。（3）气候因素和人类活动共同促进了砒砂岩区NPP增加,裸露区和覆沙区气候贡献占主导地位,气候因素...     

黄河源地区植被净初级生产力对气候变化的响应

基于黄河源区1959—2008年月平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、降水量、风速和日照百分率等气候要素资料,应用修订的Thornthwaite Memorial模型计算了50 a植被净初级生产力(NPP),分析其年际和年代际变化特征及其对气候变化的响应。结果表明:1959—2008年间,研究区年NPP变化呈显著上升趋势,NPP变化曲线线性拟合倾向率在95.502～190.72 kg/(hm2.10a)之间,20世纪90年代后NPP较高。20世纪70年代表现为"冷干型"气候特征,NPP距平百分率偏少1.1%～2.1%;2001—2008年均为"暖湿型"气候特征,NPP距平百分率偏多2.1%～4.5%。影响黄河源区NPP变化的主要气候因子是降水量、最大蒸散量和平均最低气温。"暖湿型"气候对植被净生产力增加最有利,黄河源区NPP可增加5.5%～8.5%。而"冷干型"气候造成植被净生产力下降5%～9%。若2050年在"暖湿型"气候情景下,黄河源区未来NPP较多年平均值增加7%～17%。     

利用BEPS模型估算城区植被净初级生产力的时空变化

为了定量评估北京奥运绿化工程改善生态环境的效果,在北京城区各主要公园绿地林木普查和叶面积指数观测及气象观测数据的基础上,修正模型参数建立适用的BEPS模型,利用年降水量相差不大的2004和2009年TM遥感数据估算北京城区植被NPP空间分布。结果表明,北京奥运绿化工程取得了显著效果,2004年与2009年相比,北京城区植被年NPP总量由2.71×1011g C·a-1增长到3.05×1011g C·a-1,年NPP均值由83.18g C·m-2a-1上升到93.39g C·m-2a-1;年NPP在0~100g C·m-2a-1范围的面积比例由53.61%下降到42.72%,而在100~200g C·m-2a-1范围的面积比例由20.98%上升到33.49%。城区各大公园林地的年NPP数值较高,植树造林是补偿因城市扩展导致NPP损失的最重要途径。     

21世纪以来呼伦贝尔市植被净初级生产力时空变化特征分析

植被净初级生产力(NPP)体现植被在自然条件下的生产能力,是全球变化领域的热点内容。文中以呼伦贝尔市为研究区,利用遥感生产力模型(CASA模型)获取研究区2000、2005、2010和2015年四期NPP数据,分别从NPP空间分布特征、特征值变化、NPP变化的空间格局和不同植被类型NPP变化等方面分析近15年来呼伦贝尔市NPP的时空变化特点。结果表明:(1)呼伦贝尔市NPP空间分布呈现出明显的地带规律性,从西往东有明显的增加趋势;(2)呼伦贝尔市NPP取值范围主要集中在200-400g C/(m2·a),年均NPP为340.7g C/(m2·a),NPP取值>600g C/(m2·a)的面积虽然占比较小但有明显的增加趋势;(3)在2000-2015年期间,呼伦贝尔市NPP呈现出先略微下降后逐渐增加的趋势,西部草地区域呈现出持续下降趋势,而其他区域略有波动但整体增加趋势;(4)从不同植被类型NPP变化结果来看,在2000-2015年期间,旱地与水田呈现出逐渐增加趋势,天然草地呈现出逐渐减少趋势,其它植被类型的NPP变化虽有波动但总体呈现增加趋势。     

气候变化对新疆自然植被净第一性生产力的影响

利用新疆 101 个气象台站1961-2008年的逐月气温和降水量资料,采用气候倾向率、Mann-Kendall 突变检测、Morlet 小波、相关分析和 Kriging 插值技术等方法,分析了新疆近 48 年平均气温、降水量时空变化特征及其对NPP(自然植被净第一性生产力)的影响,并对未来不同的气候变化情景下,新疆 NPP 对气候变化的可能响应进行预估.结果表明:①近48年,新疆气候总体呈较明显的"暖湿化"趋势,并且年平均气温和年降水量分别于1972年和1978年发生了突变性的上升.但气候变化具有区域性差异,表现为北疆气温上升倾向率普遍大于南疆和天山山区;北疆大部和天山山区年降水量增多倾向率普遍高于南疆.新疆年平均气温和降水量还存在准4,9,11,16 年和 23 年等不同时间尺度的振荡周期.②受气温、降水时空变化的综合影响,新疆的 NPP 在空间上表现为,天山山区>北疆>南疆的分布格局;在时间上,近48年新疆 NPP 平均以0.118t/(hm2·10 a)的倾向率增长,并于 1978年以来发生了突变性的增大.新疆 NPP 也存在 34,68,11年和16年的振荡周期.③未来气候变湿将对新疆NPP 产生积极影响,但气候变暖对 NPP 将产生不利影响,平均而言,在其他条件不变的前提下,年降水量每增多10%,NPP 将增加20%,年平均气温每升高1℃,NPP 将减少4%6%.但全疆各地 NPP 对气候变化的响应具有明显的区域性差异.     

基于改进光能利用率模型呼伦贝尔植被净初级生产力时空格局

呼伦贝尔作为全球气候变化的敏感区域,分析其植被生产力时空格局具有重要科学意义。简化光能利用率模型的水分胁迫系数,基于E0S/MODIS卫星遥感资料,研究呼伦贝尔地区植被净初级生产力(NPP)时空格局。结果表明:1)研究区内大兴安岭林区单位面积NPP为高值区,呼伦贝尔草原西部NPP为低值区,林草交错区和农牧交错区NPP介于林区和草原区之间;2)2000年-2008年4类土地覆被类型单位面积NPP为下降趋势;3)呼伦贝尔西部草原、呼伦贝尔林草交错区单位面积NPP主要受降水量的影响,而大兴安岭林区和岭东农牧交错区主要受生长季气温的影响。     

石羊河流域植被净初级生产力时空变化及驱动因素

利用CASA模型（Carnegie-Ames-Stanford Approach）模拟石羊河流域2000—2020年植被净初级生产力（NPP）,分析流域NPP的时空变化特征、稳定性和未来变化趋势,并从气候因素、地形因素和人类活动因素3个方面探讨对NPP的变化影响。结果表明：（1）2000—2020年石羊河流域植被NPP多年平均值为291.01 g C·m-2·a-1,呈不显著增加趋势,空间分布呈南高北低的分布格局。（2）2000年以来植被NPP呈增加趋势的区域占总面积的86.4%,其中极显著增加和显著增加的区域分别占6.7%和10.1%。（3）NPP变化在中等波动以上（变异系数Cv≥0.25）的区域所占比例为50.4%。（4）从未来变化趋势看,石羊河流域植被NPP恢复的持续性较弱,呈增加并反持续的地区所占比例达到57.1%。（5）流域的植被NPP变化与气温、降水均成正相关,对气温的响应更为敏感。NPP随海拔高度和坡度增加呈现增大后减小趋势,近年来流域实施的一系列人工造林、退耕还林还草等措施对植被NPP的增加具有明显促进作用。     

基于CASA模型的吉林西部植被净初级生产力及植被碳汇量估测

将MODIS数据,气象数据与植被数据相结合,利用CASA模型与土壤微生物呼吸模型,计算2001-2010年吉林西部的陆地植被净初级生产力(NPP)和土壤微生物呼吸RH,在此基础上估算了净生态系统生产力(NEP),分析NEP变化规律和原因,估测吉林西部植被碳汇量,结果表明:研究区NPP呈自西向东逐渐增加的趋势;碳源主要分布在通榆、镇赉和大安土地盐碱化比较严重的地区,其植被碳汇量为-160-0gC·m-2·a-1;前郭、扶余、松原、长岭以及白城和镇赉的两个水田灌区的NEP为150-300gC·m-2·a-1,起到碳汇的作用;10年间吉林西部NEP总体上呈波动上升趋势,2010年碳汇能力较2001年增加了47.10gC·m-2·a-1。     

干旱对我国西北地区生态系统净初级生产力的影响

根据西北地区139个气象观测站1980-2009年降水及温度资料,基于Z指数干旱指标,研究西北地区干旱时空特征;利用Miami模型估算该地区生态系统净初级生产力,分析干旱对净初级生产力的影响。结果表明:西北地区30年来,西部干旱有所降低,东部则出现加重趋势。生态系统净初级生产力年变化不规则,平均为524.5543g/(m2.a);空间特征明显,自东南向西北递减,新疆西北部又有所增加。该地区净初级生产力与Z指数线性相关极显著,随着干旱的发生,净初级生产力出现下降。出现轻旱及中旱的地区,净初级生产力较低;相对湿润的地区净初级生产力较高。     

多尺度遥感数据融合的荒漠净初级生产力估算

以新疆准噶尔盆地东部五彩湾地区为研究区,利用气象数据和多尺度遥感数据,通过改进的CASA模型对2010年研究区域的净初级生产力(NPP)进行估算,并对NPP分布进行分析.结果表明:①将TM数据和MODISNDVI数据融合,生成高时间分辨率的TM影像,对于NPP的高空间分辨率的研究提供数据支持.②2010年该研究区植被NPP为6.571 78 Mt·a-1,总体分布趋势由西北向东南递减,且随季节变化的趋势也非常明显,在6-8月NPP占全年的57.35％,12月、1月、2月植被NPP值极低,可以忽略为0.③利用地面实测点验证NPP模型估算值,平均相对误差为0.167,精度达到83.3％,NPP实测值与估算值的相关系数为0.952并在0.01水平上显著.④该模型在数据获取方面具有极大的优越性,仅利用遥感数据和地面气象数据就可以对干旱区植被NPP进行估算,为NPP的估算提供了较为便捷的方法.     

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。     

黑河中游净初级生产力的人类占用时空分异北大核心CSCD

净初级生产力的人类占用（HANPP）是评估人类通过土地利用活动对生态系统影响的重要手段。采用遥感影像数据和社会经济统计数据,通过Thornthwaite Memorial模型、改进的CASA模型和全局空间自相关等方法,对黑河中游HANPP时空分异规律进行了研究。结果显示：（1）2001—2013年,在粮食产量逐年递增的情况下,黑河中游HANPP有明显的波动,与降水量的年际波动直接相关;HANPP率一直维持在较高的水平（38%～71%）;（2）HANPP空间格局变化显著,从民乐、山丹的南部较高的地区转移到了张掖市区的远郊和山丹中部,HANPP的空间格局直接受制于实际净初级生产力的空间格局;（3）HANPP存在一定的空间正自相关关系,2001—2013年HANPP整体相关性几乎没有变化。该研究对作为生态脆弱区的黑河中游在未来权衡经济发展和生态保护具有借鉴意义。     

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%。     

基于MODIS数据的近15年浑善达克沙地植被净初级生产力时空分布研究

植被净初级生产力NPP是陆地植被碳储备、碳循环的指示因子,文中提出基于MODIS的NPP数据产品,结合实地植被生物量转换为植被净初级生产力实测数据,构建适用于浑善达克沙地的NPP遥感光学模型,研究2006-2018年3-11月间NPP的时空分布特性,分析不同植被类型NPP值,及研究区气候响应对NPP的变化影响,得出以下结论:1) NPP分布特征呈现东高西低的分布特点,变化范围为200.1-225.0g C/m²/yr,多年平均NPP为213.3g C/m²/yr,基本呈现增长趋势但近年略有所下降,但增长趋势并不显著(p=0.10)。2) 2006-2018年期间浑善达克沙地各类植被类型的单位面积NPP有逐年增加趋势,NPP贡献率主要受草原地带的沙地植被和丛生禾草、根茎禾草典型草原影像较大约为30-39%。3) 15年间NPP增长的变化趋势受气候因素降水影响更为突出。     

新疆气候变化下植被净初级生产力格局分析

针对新疆独特的气候-植被特征,利用遥感技术对植被光合作用解析,应用有关模型参数修正,构建适用干旱区的光能利用率模型NPP-GPEM;模拟估算新疆20年陆地生态系统1 km像元的年净第一性生产力,并进行其时空格局变化分析。结果表明:模拟结果检验较好地反映了新疆NPP空间分布和变化特征,明显体现出研究区生态系统碳吸收的空间异质性特征;表明干旱区植被生理特征的光能利用模型较合理,为干旱区生态系统研究和陆地生态系统碳循环研究提供了借鉴。     

基于Biome-BGC模型的天山北坡森林生态系统碳动态模拟

以天山北坡森林生态系统为对象,对Biome BGC模型的生理生态参数进行了校正,模拟了1959-2009年气候变化及不同气候变化情景下,研究区森林生态系统净初级生产力（NPP）、碳收支（NEP）和土壤呼吸的变化趋势。结果表明：[JP2]1959-2009年该区森林生态系统年均NPP为547.97 g·m-2·a-1,年均NEP为61.24 g·m-2·a-1,[JP]表现出适度的碳汇效应,但碳汇效应整体呈递减趋势;在设定的温度、降水情境下,NPP和NEP对降雨变化的敏感性,较其对气温升高的敏感性强;在平均气温升高、降雨量不变的情景下,森林生态系统NPP呈微弱增加态势,但NEP呈减少趋势,主要原因为气温升高,导致土壤呼吸增强。通过分析气温在干旱区的正负效应,表明气温升高促进了天山北坡森林生态系统的NPP;干旱胁迫在该区域不显著。