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。     

青海三江源试验区NPP时空特征及影响因素分析

青海三江源国家生态保护综合试验区是我国建立的第1个国家级生态保护综合试验区,在我国生态文明建设中有重要的地位,分析其植被净初级生产力(NPP)具有重要意义。利用三江源试验区的MODIS遥感影像等数据及其周边地区的气象资料,结合CASA模型,对三江源试验区2010~2013年的NPP进行估算,并对其时空特征及影响因素进行简要分析。结果表明:三江源试验区2010年的NPP平均值最大,2010~2013年NPP呈波动变化趋势,先减少后增加;年均NPP总量为68.46TgC/a(1Tg=1012g),年均NPP为144.29gC/m2,NPP的季节变化明显,7、8月的月NPP值最大;在空间分布上呈现出由东南向西北递减的特征,东侧出现最高值,其值为418.94gC/(m2·a);NPP值高低分布情况与植被类型、海拔、坡度、坡向有密切关系。     

基于CASA模型的甘肃省草地净初级生产力研究

利用基于遥感数据的光能利用模型-CASA模型估算了2005年甘肃草地生态系统NPP,分析了其空间格局,以及地形因素对草地NPP的影响。(1)实测数据与模拟结果对比表明,修正后的CA-SA模型的可操作性强,仅利用地面气象数据和遥感数据就可以对草地生产力进行模拟,模拟效果较好。(2)2005年甘肃省草地NPP总量为3.76×1013g/(m2.a),最高值达790.56g/(m2.a),年均值为139.15g/(m2.a),由西南向东北逐渐减少。(3)草地NPP季节变化非常明显,夏季NPP达到最大值;冬季植被基本停止生长,草地NPP值最低。4)在海拔3 000～3 500m区域、25°～30°坡度以及东坡草地NPP均达到较高水平。     

不同草地NPP估算模型对中国草地的模拟计算分析

在比较几种常用草地净初级生产力(net primary productivity,NPP)估算模型基本构成的基础上,分析了模型估算结果的差异。首先在空间分布上,几种模型的结果总体一致,均呈现从西北向东南逐渐增加的趋势,但在具体数值上有较大差异,5种气候生产力模型的模拟结果比其他3种模型的模拟结果要高;其次是模拟结果的统计差异,不同模型在模拟的均值和标准差等方面也存在一定差异,其中,Miami模型及朱志辉模型的标准差最大,综合估算模型最小,但总体均较为合理;最后是净初级生产力的模拟总量,以Chikugo模型最高,水热模型最低,所有模型估算的平均NPP值在1.31~1.42Pg C。研究结果可为全国草地NPP的估算提供参考。     

基于改进的CASA模型模拟草原综合顺序分类体系各类的最大光能利用率

植被最大光能利用率是净初级生产力(NPP)估算的一个重要参数,对它的大小一直存在争议。利用遥感数据、气象数据和中国区域NPP实测资料,依据基于草原综合顺序分类(CSCS)改进的CASA模型,采用改进的最小二乘法对中国41类草地的最大光能利用率(εmax)进行了模拟,并通过与他人估算的光能利用率(ε)进行比较来验证εmax的可靠性和准确性。结果表明:此次研究的ε值略高于其他的研究结果。其主要原因有:ε最大值和最小值之间的跨度较大,从而使得平均值较高;由于缺乏实测数据,个别草地类型的ε估算值较高,导致了本研究ε值偏高;各研究采用的分类体系不同,模型和数据来源不同,从而导致结果存在差异。本研究中的εmax根据实测数据模拟得到,今后需进一步收集实测数据,对参数εmax的合理取值进行调整。     

中国潜在自然植被NPP时空分布格局变化及其对气候和地形的响应

综合顺序分类系统(Comprehensive and Sequential Classification System,CSCS)作为一种开放式、能划分全世界潜在自然植被类型的分类系统,对全球自然植被的宏观认知和自然植被资源的适度利用与科学管理有着重要的指导意义。研究基于CSCS理论,利用中国1982-2012年的气象数据(温度和降水量)和MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)数据以及改进型CASA(Carnegie Ames Stanford Approach)模型模拟中国潜在自然植被NPP及其时空分布格局,并分析其对气候和地形的响应模式。研究结果表明:31年来中国潜在自然植被NPP总体上随着时间的推移呈现递增趋势,其在空间上的分布格局体现了明显的异质性,各CSCS类及类组的NPP差异较大;中国潜在自然植被NPP基本与温度、降水量和太阳辐射的时空变化保持一致,且随着高程、坡度和坡向的增加呈现出增加、降低和增加的趋势;各CSCS类型的NPP总体上体现了自然植被所需水热条件的水平和垂直地带性分布规律,与CSCS分类检索图保持一致性。研究结果对CSCS和全球变化的交叉研究具有一定的促进作用。     

基于NPP与EVI的三江源生态状况评估

为了探究2001-2019年三江源生态状况在时空上的变化特征,基于Mann-Kendall检验法从时空角度对2001-2019年生长季累计增强型植被指数(Enhanced Vegetation Index,EVI),植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)进行趋势变化分析,对三江源生态状况进行评估;通过土地利用类型转移情况对趋势分析研究结果展开进一步验证;最后对NPP与EVI、气候因子(温度和降水)进行相关性分析,探讨NPP变化的主要限制因素.结果 表明:时间尺度上,2001-2019年研究区内NPP和EVI总体呈波动上升趋势;空间尺度上,区域内NPP和EVI明显改善面积占比分别为86.06％和34.26％,大部分区域生态状况得到明显改善.2001-2019年研究区草地面积增加了645.89 km2,植被覆盖度增加,这与EVI趋势分析结果一致.NPP与EVI、温度、降水量均成正相关,其中EVI与NPP相关性最强.     

甘南藏族自治州植被净初级生产力时空变化及驱动力

自2003年开始甘南藏族自治州推行了“退耕还草”等一系列生态保护政策,对区域植被状态产生了一定的影响。目前针对甘南州不同植被类型下植被净初级生产力(NPP)与归一化植被指数(NDVI)、太阳辐射、气温、降水间响应机制的研究尚不明晰,且关于该区域植被NPP时空特征变化及重心迁移的探讨尚少。本研究基于MODIS遥感数据、气象数据、植被类型数据,利用Carnegie-Ames-Stanford Approach (CASA)模型估算了甘南州2000-2019年植被NPP,分析了NPP时空变化特征,探讨了不同植被类型下植被NPP与NDVI、气温、降水以及太阳辐射之间的响应关系。结果表明：1) 2000-2019年植被NPP年均值为621.79 g·m^-2,96.63%区域呈现为增长趋势。2) 2000-2019年植被NPP重心整体呈现西北向东南迁移,东南部植被NPP增速高于西北部。3)植被NPP与气温、降水、太阳辐射间整体上呈明显的正相关关系,北部边缘及东部中心地带呈负相关关系。4)林地、灌丛、草地的NPP均呈稳定增长,湿地类型下除NPP外气温亦呈明显增长。本研究可为评价...     

2000-2014年博斯腾湖流域NPP时空变化特征及影响因子分析

植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)是反映陆地生态系统对气候变化响应的重要指标.本研究利用2000-2014年MODIS的MOD17A3、MOD12Q1产品,采用GWR(地理加权回归分析方法)建模法反演的近地气温数据以及TRMM降水量数据,通过逐像元的斜率、偏相关和复相关分析,分析新疆博斯腾湖流域净初级生产力和降水、近地气温等气候要素的时空变化趋势,探讨NPP的时空格局及其影响因素.结果表明,1)各月气温地理加权回归模型(geographical weighted regression,GWR)的决定系数(R2)均高于0.85,估算得到的近地表气温与实测气温的验证结果R2均高于0.9,能满足本研究的精度需求.2)在研究时间内,博斯腾湖流域NPP的年均值在205.12～235.7g·(m2·a)-1波动,多年NPP平均值为221.52 9·(m2·a)-1,整体上NPP呈减少趋势.3)NPP变化斜率介于—18～26 g·(m2·a)-1,减少趋势主要分布在山区,占总面积的35.23％;增长趋势主要分布在平原绿洲区,占总面积的16.99％.4)博斯腾湖流域39.81％的植被NPP的变化受气候因素影响,山区和平原区都有分布;受非气候因素影响的区域占总面积的16.57％,主要分布在人类居住的平原绿洲区域,说明研究区NPP的时空变化是气候变化和人类活动的共同结果,但气候因素的影响较大.     

基于MODIS植被指数的甘南草地净初级生产力时空变化研究

利用甘南地区2006-2007年的外业实测样方草地干物质产量和MODIS植被指数数据,建立了草地地上部分干物质产量遥感反演模型,根据根冠比和干物质转碳率对2006-2008年甘南地区草地净初级生产力(NPP,net primary productivity)进行了估算,绘制了甘南草地NPP年累积量空间分布格局图和NPP月度变化动态图,对不同草地植被类型的NPP差异进行了评价。研究结果表明,2006-2008年甘南草地年NPP分别达637.04,599.98和566.59 g C/m²,其空间分布具有自西南向东北逐渐减少的趋势;年内不同草地类型的NPP均在7-8月达到最大累积量;NPP累积量最高的3种草地类型是沼泽、高寒灌丛草甸和高寒草甸,3年中最大月NPP的平均值分别达到1 137.28,553.76和527.66 g C/m²;2006-2008年甘南草地NPP持续下降,年草地NPP总量的减少速率为1.2 Tg/a,尤其是沼泽湿地的NPP下降明显,年平均减少速率达到了125.92 g C/m²。     

基于CASA模型和MODIS数据的甘南草地NPP时空动态变化研究

植被净初级生产力(net primary productivity, NPP)在全球气候变化及碳循环研究中扮演着重要的角色,精准快速的估算NPP对评估区域生态系统承载力以及合理利用自然资源具有重要的意义。利用2011-2014年甘南地面实测草地地上生物量(aboveground biomass, AGB)数据和根冠比系数计算的草地NPP数据,分别验证了MOD17A3 NPP产品和基于CASA(Carnegie-Ames-Stanford approach)模型估算的草地NPP的精度,分析了2000-2016年甘南地区草地NPP的时空动态变化。结果表明:基于CASA模型模拟的草地NPP精度整体上高于MOD17A3 NPP产品的精度,其均方根误差(root mean square error, RMSE)较MOD17A3 NPP小9.94 g C·m^-2;CASA模型分析的甘南地区草地NPP总体上呈现由西南向东北逐渐减少的趋势;对不同草地类型而言,沼泽类的平均NPP最高(469.07 g C·m^-2),温性草原类最低(324.18 g C·m^-2),而占研究区草地总面积比例较大的高寒草甸类和高寒灌丛草甸类草地的平均NPP分别为449.22和465.27 g C·m^-2;2000-2016年间,甘南地区大部分草地NPP稳定不变,其面积占研究区草地总面积的75.31%,NPP呈增加趋势的区域占草地面积的22.63%,而NPP呈减少趋势的区域占比最小,仅为2.06%。以上研究结果表明CASA模型在高寒地区草地NPP评估、草地资源合理利用与管理方面具有重要的应用价值。     

近10年来山东区域NPP时空变化分析

净初级生产力(NPP)可以反映植被的固碳能力,估算区域的NPP对研究区域碳循环和气候变化有重要意义。本研究利用光能利用率模型(CASA)估算了山东省2001-2010年NPP的时空变化,在CASA模型中引入陆面水分指数(LSWI)来替换水分估算模块,并分析了该区域NPP与环境因子之间的关系。研究表明,山东省每年植被固碳量约为3.46×1013 g,其中农田的NPP占了山东省总NPP的75%以上;2001-2010年间,山东省NPP以每年0.7×1012 g的速度增加,主要归因于该区域温度和降水的增加。     

中国天然草地净初级生产力时空分布

利用基于草原综合顺序分类系统（CSCS）的改进CASA模型,估算2004-2008年中国草地净初级生产力并分析其时空分布特征。结果表明：2004-2008年中国草地NPP年平均为489.4 g C·m^-2·a^-1,5年里草地NPP总体呈现增加趋势。草地NPP的积累期主要发生在水、热搭配较好的4-10月,占了全年总量的89.1%。春（3月-5月）、夏（6月-8月）、秋（9月-11月）、冬（12月-2月）四季的草地NPP各自占全年总量的18.6%,59.6%,17.4%和4.5%。由年际、月份—空间和季节—空间的NPP变化可知,适宜的水热搭配是草地NPP积累的关键。中国草地NPP随经度的递增而逐渐增大,随纬度的增大而逐渐减小,但存在一定的波动性,其变化规律与水、热状况的地带性规律相一致。     

气候变化与人为活动对三江源草地生产力影响的定量研究

近数十年来在气候变化和生态工程实施的背景下,作为我国重要的生态屏障的三江源地区的气候条件和人为干扰都发生了明显的变化。本研究借助CASA模型和气候生产力模型,结合对土地利用/覆盖变化(LUCC)的分析,定量评估了气候变化、LUCC和草地管理措施对三江源草地净初级生产力(NPP)变化的影响。结果表明,1)2001-2012年间,三江源草地总面积增加了6749 km²,草地的平均NPP下降了5.47%,总NPP下降了5.00%。 2)由新增加的草地带来的NPP总量为1293.12 Gg C,由转出草地带来的NPP总量损失为215.42 Gg C。 3) 2012年气候总NPP比2001年下降了20.27%,而人为总NPP增加了41.51%。12年间气候变化的趋势不利于草地植被的生长,而人为活动对草地植被的负面影响力有明显减弱。4)由气候因素引起的草地总NPP变化量为-165.28 Tg C,而管理措施引起的总NPP变化量为140.03 Tg C; LUCC导致的草地总NPP变化量为2.22 Tg C。草地管理措施的改进对遏制草地退化起到了决定性作用。     

区域净初级生产力动态及其与气象因子的关系

基于MODIS遥感影像、气象数据和基础地理数据,采用CASA模型估算山东省2000-2005年净初级生产力(NPP),定性与定量相结合分析其时空格局及变化趋势,探讨温度、降水、地表太阳辐射与NPP时空分布的关系。研究表明:山东省NPP年累积碳量平均为252.1 g/m2,NPP总碳量在0.031~0.039 Pg/a,占全国总量的0.85%~1.47%;NPP年累积量在波动中上升,增加区域占研究区的78.8%,环渤海地区增势明显;NPP季节变化较大,7-9月上旬形成峰值区,占NPP年累积量的57.1%;NPP空间分布不均,除黄河三角洲为低值区外,其余地区呈现出由四周向中部递减的趋势;相关性分析表明温度和降水是研究区NPP季节分布的主导气象因子,温度在影响研究区NPP地理分布方面占据主导地位。     

呼伦贝尔草甸草原牧草产量及载畜力估算

采用改进后的CASA模型估算2009年呼伦贝尔谢尔塔拉草甸草原生长季的牧草产量和载畜量状况,利用2009年牧草生长季的地面实测样方数据对CASA模型进行验证。结果表明,呼伦贝尔谢尔塔拉草甸草原的NPP值（以C计算）全年呈单峰变化,7月份达到最大,为71.92 g/m2。NPP值的年内变化与草原植被的返青期-生长期-衰退期相对应。估算的牧草产量值与地面实测值无显著性差异,且季节变化与地面样方实测值的变化趋势基本相一致,牧草产量的模拟精度达到94.05%。群落生长各阶段的总盖度、牧草高度与牧草产量之间均存在显著正相关关系。根据2009年谢尔塔拉牧场草甸草原的产量估测结果,适宜载畜量应为7 562.40牛单位,但实际载畜量大于适宜载畜量,超载率达13.37%。     

气候变化对三江源玛沁县草地气候生产力的影响

利用三江源玛沁县五年的气候资料,分析了气温和降水的变化,以及两种草地气候生产力模型的对比。结果表明:(1)三江源玛沁县2000年至2004年年平均温先逐渐增加,直到2003年后开始下降。年降水量波动比较大。(2)M iam i模型和Thornthwaite Memorial模型计算得出的NPP产量呈现一定的差异,前者平均温度因子影响比较显著,而后者是年降水量起主要因素。(3)选择适当的模型计算植被的第一生产力要依据当地的植被类型。