中亚地区植被净初级生产力时空动态及其与气候因子关系

植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)及其对气候变化的响应是全球变化的核心研究内容之一,研究中亚地区NPP的时空格局变化对理解植被—环境的作用机理以及应对全球变化具有重要的意义。基于MOD17A3数据集、气象数据结合GIS分析方法研究中亚地区2000~2014年的植被NPP时空动态特征及其与气候因子的关系。结果表明：①中亚地区空间上NPP的变化范围在0~874 gC/m²·a之间,平均值为151.90 gC/m²·a,NPP年总量平均值为482.41TgC (1 Tg=10¹² g),NPP平均值与总量均呈现出下降趋势;②中亚地区NPP的高值区主要分布在高纬度地区和东南部高山地区,中部和南部荒漠区则为NPP的低值区;③中亚地区2000~2014年间NPP在空间上总体呈现下降趋势,达到显著下降的区域总体面积的39.89%。NPP呈下降趋势的区域主要集中在哈萨克斯坦的大部分区域,不同分区内以典型草原区最为显著;④中亚地区NPP受降水量的影响作用高于气温,荒漠草原区、典型草原区以及荒漠区主要受到降水量的控制,高山草甸区与高山林地区则受到降水和气温的共同作用。     

芦苇湿地植被NPP估算方法探索与应用

作为表征湿地生态系统健康的重要指标,湿地植被净初级生产力（NPP）的精准估算对于理解全球变化以及区域碳循环具有重要的支撑作用。基于Landsat 8 OLI遥感影像和大量实测数据,以光能利用率模型基本结构式为基础,构建和评价了芦苇湿地植被NPP估算的不同遥感驱动模型,并以东北3个典型芦苇湿地保护区为例进行了验证与应用。结果表明：以NPP = f（f（VI₁）） × f（VI₂） 结构与NDVI和MSAVI两个植被指数作为自变量的模型最优,模型精度为89.2%,明显高于NPP低空间分辨率产品和CASA模型的模拟结果。根据该模型估算的东北地区七星河、查干湖和双台河口芦苇湿地的NPP均值分别为3 001、3 050和3 621 gC·m^–2·a^–1。受水文条件和人类活动影响,各湿地样区间NPP具有典型的空间分布异质性。实验提出的框架模型可为小尺度上湿地生态系统健康评估或湿地生态系统恢复效果评价等指标获取提供方法借鉴。     

海南省西北部植被净初级生产力的长时序精尺度遥感监测

植被净初级生产力（Net Primary Productivity, NPP）是反映生态系统碳循环状态和变化的有效指标，在“双碳”目标背景下，长时序精尺度数据对植被净初级生产力动态监测具有重要意义。海南省作为国家生态文明试验区，其NPP动态监测对于强化陆地生态系统碳汇建设具有典型作用。以海南省西北部为研究区，基于Landsat系列遥感影像数据，采用VPM光能利用率模型，估算得到海南省西北部长时序（2000～2020）精尺度（30 m空间分辨率）的NPP数据，并对其进行时空变化分析。研究结果表明：海南省西北部日平均NPP在年际尺度上呈现明显的波动上升趋势，与其他植被类型相比落叶阔叶林的NPP最高且增长趋势最快，灌丛的NPP最低且增长趋势最慢。海南省西北部NPP在空间上呈现南高北低分布，研究区南部阔叶林及稀树草原地区NPP较高，北部灌丛地区NPP较低。研究区域NPP的整体增长趋势主要是由南部植被所控制。     

基于遥感和气象数据的东南亚森林动态变化分析

为进一步了解热带森林动态变化与人类活动及气候变化之间的关系,利用MODIS遥感数据和ERA-Interim再分析气象数据,通过时间序列分析和相关性分析,得到2001～2013年东南亚地区11个国家的森林净初级生产力(NPP)时空变化情况及其与植被覆盖率(VCF)、温度、降水和光合有效辐射(PAR)的相关关系。结果表明:①东南亚地区森林NPP呈现由赤道向南北两极方向增加的趋势;②研究区大部分区域NPP呈减少趋势,NPP变化较剧烈的地区变异系数一般较大,生态系统的固碳能力不稳定;③研究区整体森林覆盖率较高(60%～80%),2001～2013年间大部分区域VCF呈增加趋势,部分地区VCF与NPP的偏相关系数较相关系数高,表明NPP受人类活动影响大;④东南亚地区温度、降水和PAR都较高,热带雨林气候国家较热带季风气候国家森林NPP与气候因子具有更好的相关性,一般与温度呈负相关,与降水和PAR呈正相关。     

近10年榆林市植被净初级生产力时空分异特征

针对榆林市生态环境脆弱,植被净初级生产力分布及变化对其影响较大的问题,利用2000年、2005年和2010年的NPP数据,采用马尔科夫转移矩阵及GIS空间分析功能,揭示榆林市NPP的时空变化特征。结果表明：（1）榆林市NPP空间分布由西北向东南逐渐递增。（2）2000年～2010年NPP呈显著上升趋势：2000年～2005年NPP升高区域95.03%,增幅大于300gC/（m2·a）的占47.22%,主要分布在榆林市最北端和南部地区;2005年～2010年NPP升高区域面积93.96%,增幅大于300gC/（m2·a）的占54.10%,集中在东南大部分地区。（3）榆林市NPP增加的主要因素是1999年以来该区采取的多项植被恢复与重建工程等措施,植被覆盖度增加。     

基于Landsat TM/ETM+影像的武汉市冬季NPP估算及其时空变化分析

植被净第一生产力(NPP)作为反映植被固碳能力的重要指标,在全球CO2浓度上升的背景下,成为研究全球及区域生态系统对气候环境变化响应的热点之一。基于Landsat TM/ETM+遥感影像数据,采用改进的CASA模型,估算得到武汉市2001~2010年空间分辨率为30m的冬季NPP,并对其进行时空变化分析。研究结果表明:武汉市过去10a冬季平均NPP为8.55gC/m2·m。2001~2010年武汉市冬季NPP整体呈现波动上升的趋势,各区域具有不同的增长速率,其中以江夏区最快,而各植被类型中灌木林具有最快的增长速率和最高的平均NPP。武汉市冬季NPP均呈现从三环区域向四周增大的空间分布特征,过去10a武汉市冬季NPP最高的区域由黄陂区转移到了江夏区。     

近10年榆林市植被净初级生产力时空分异特征

针对榆林市生态环境脆弱,植被净初级生产力分布及变化对其影响较大的问题,利用2000年、2005年和2010年的NPP数据,采用马尔科夫转移矩阵及GIS空间分析功能,揭示榆林市NPP的时空变化特征。结果表明:(1)榆林市NPP空间分布由西北向东南逐渐递增。(2)2000年~2010年NPP呈显著上升趋势:2000年~2005年NPP升高区域95.03%,增幅大于300gC/(m2·a)的占47.22%,主要分布在榆林市最北端和南部地区;2005年~2010年NPP升高区域面积93.96%,增幅大于300gC/(m2·a)的占54.10%,集中在东南大部分地区。(3)榆林市NPP增加的主要因素是1999年以来该区采取的多项植被恢复与重建工程等措施,植被覆盖度增加。     

生态系统模型模拟中国叶面积指数变化趋势及驱动因子的不确定性

为了厘清中国近30 a来植被生长趋势及其对不同环境变化的响应,使用了3套长时间序列遥感叶面积指数（Leaf area index, LAI）数据集以及8套生态系统模型,对LAI变化趋势从总量、空间分布以及不同植被类型进行了分析与归因。总量上,1982~2015年遥感观测的LAI趋势（9.8×10^-3m²/m²·a）高于生态系统模型模拟的趋势（4.2×10^-3m²/m²·a）,大气二氧化碳浓度上升是主要驱动因素（（3.5×10^-3m²/m²·a）;遥感观测到全国79.5%的区域LAI都呈现显著增长的趋势,而生态系统模型模拟LAI的增长面积占比为33.1%;除草地外,生态系统模型低估了其他植被类型的LAI变化趋势。模型对降雨变化的响应过于敏感以及对人为活动模拟能力不足是模型模拟中国LAI变化趋势不确定性的重要来源。本研究定量分析了近30 a中国各种植被变化情况及其驱动因子,并对模型低估中国植被生长进行了解释,为后续中国地区植被相关研究提供了参考。     

祁连山区植被净初级生产力的空间变化特征分析

基于MODIS数据分析了2000~2010年祁连山区植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的空间变化特征。结果显示:祁连山区植被NPP并不高,多年平均植被NPP仅为121.95gC/(m2·a),自东向西植被NPP逐渐减少。不同植被类型其NPP具有明显差异,大体上为:常绿阔叶林平原草地常绿针叶林典型草地农田高寒草甸草地荒漠草地落叶针叶林。祁连山区植被NPP变化在区域间也存在差异。植被NPP呈增长趋势的地区主要分布在青海年南山、拉脊山、达坂山和青海湖及其西侧,约占47.30%;乌鞘岭东部及以东的地区(约占1.97%)植被NPP呈减少趋势。降水是祁连山区植被NPP变化的主要因素,气温对植被NPP的影响并不明显,不合理的人类活动可能是造成部分区域植被NPP减少的重要原因。     

基于高时空分辨率融合影像的红树林总初级生产力遥感估算

红树林是热带与亚热带地区潮间带具备高植被生产力和高储碳量的滨海湿地植被类型,在维系全球碳平衡过程中扮演着重要的角色。目前通量站点尺度的红树林生产力研究已取得了一定的进展,然而由于受到遥感影像时空分辨率和红树林斑块分布的限制,区域尺度红树林总初级生产力（Gross Primary Production,GPP）估算仍少有涉及。基于影像融合算法获得的高时空分辨率植被指数数据集,结合红树林通量观测数据开展光能利用率模型的参数估计和模型验证研究,实现了区域尺度的红树林GPP估算,获取了一套2012年广东省高桥红树林GPP高时空分辨率数据集。数据验证得到的决定系数R² = 0.64,较现有的MOD17A2和GLASS产品GPP估算精度提高了48.9%。实验结果显示：高桥红树林最大光能利用率为3.07 g C MJ^-1,研究区内全年GPP均值为1 915.4 g C m^-2 a^-1。红树林季节平均GPP夏、秋季大于春、冬季。该方法和估算数据可为区域尺度红树林生产力研究和红树林保护提供高精度数据支持。     

以“胡焕庸线”为界的中国东西部净初级生产力变化分析

推动区域均衡协调与可持续发展是我国的重大战略之一,植被净初级生产力（NPP）对生态环境是否可持续发展起着重要作用。以“胡焕庸线”为界把我国分为东、西部,从像元尺度和县级行政单元研究分析我国NPP、人口以及人均NPP时空变化,尤其是东、西部的区域差异。结果表明：我国人口增长较快,从1982年的10.05亿增长到2017年的13.95亿,以“胡焕庸线”为界的西部占比由5.91%增长到6.42%;我国NPP整体呈现增长的趋势,总量由1982年的2.69 Pg C增长到2015年的3.24 Pg C,增长率为16.60 Tg C/a,其中东部增长率12.30 Tg C/a是西部（4.30 Tg C/a）的近3倍;西部人均NPP远大于东部与全国,1982、2000、2010、2017年西部与全国人均NPP持续处于下降的状态,但下降速率略有放缓,东部人均NPP则在2017年首次出现增长。据此可知我国整体生态环境处于恢复的状态,但不同区域之间差异较大,因此在相关政策制定方面应该充分考虑区域差异性,以实现我国生态环境的区域协调发展。     

复杂地形条件下提高BEPS模型模拟能力的途径

植被的净初级生产力(netprimaryproductivity,NPP)是全球变化和碳循环研究中的一个非常重要的环节。为了更精确地模拟植被的净初级生产力,选取中国长白山自然保护区作为研究区域,针对基于过程的北部森林生态系统生产力模拟模型(borealecosystemproductivitysimulator,BEPS)仅考虑平坦立地条件的特点,通过对该模型中地面接收到的太阳辐射部分进行地形修正,首先估算长白山自然保护区森林植被的NPP;然后采用高分辨率(30m)的ETM+遥感数据,利用修正前后的BEPS模型来模拟得到长白山自然保护区森林植被的净初级生产力;最后对模拟得到的NPP结果,再利用地面实测数据进行验证,其相关系数R分别为0.91659和0.92957,算术平均偏差分别为62.8gC/(m2.a)和44.2gC/(m2.a)。结果表明,通过对模型的进一步完善,BEPS对NPP的模拟精度有了一定程度的提高。     

区域森林生物量遥感信息模型构建研究

森林是陆地生态系统中最大的碳汇,在调节全球碳平衡、减缓大气CO²等方面具有不可替代的作用。森林生物量是陆地生态系统碳循环过程中最主要的参数,准确估算森林生物量及森林的变动引起的生物量变化受到科学家的普遍关注,并成为碳循环科学研究中的焦点。以生态敏感区滇西北香格里拉县为研究区,在野外森林样方调查数据的支持下,综合3S技术、地理学、生态学、气象学等相关知识,筛选了9个植被指数、2波段灰度值、生长季降水、生长季积温、生长季总辐射量、海拔、坡度、坡向、坡位和土壤有机质含量等多个因子,组合成遥感综合因子层、地理综合因子层与水、光、热共同构成变量,建立了区域森林生物量估算模型,并进行了检验,模型的R、R²、aR²及F统计量分别为0.809、0.655、0.661、101.436;样地实测值与模型估测值建立线性回归方程常数项(a)和回归系数(b)分别为0.09和1.021;用22个野外实测样点生物量数据对估算模型进行独立性检验,平均估算精度达到76.43%。说明模型的估算精度总体稳定,基本满足生物量估算精度要求,可用于该区域的森林生物量估算研究。     

基于植被指数的若尔盖高原湿地光合有效辐射吸收比例估算研究

植被光合有效辐射吸收比例（FPAR）是湿地生态系统碳收支和气候变化的关键参量,直接反映湿地植被生长发育状况。基于植被指数的经验统计方法简单高效,被广泛运用于草原、森林及作物等植被FPAR的模拟,却较少用于湿地,缺乏不同植被指数对湿地FPAR估算适应性的系统研究。研究对比了14种常见的植被指数,选出最优植被指数用于反演若尔盖高原湿地生长季FPAR。结果表明：常见的植被指数中,MSAVI指数动态考虑了土壤信息,能较好地适应湿地植被FPAR的估算,误差和R²均优于其他植被指数。若尔盖高原湿地生长季FPAR取值在0.22—0.80之间,整体分布较为均匀,泥炭湿地、湿草甸及沼泽湿地平均FPAR分别为0.46、0.63和0.58;生长季期间若尔盖高原不同类型湿地FPAR随时间呈现先增加后降低趋势。     

基于MODIS GPP数据产品的辽宁省碳源/汇空间格局分布研究

陆地生态系统的碳汇功能是生态系统服务功能的重要方面，在减缓气候变化中起着重要作用，准确地评估陆地生态系统碳源/汇时空变化是有效预测气候变化的重要基础。基于碳源/汇形成过程中各分量间的相互关系，结合MODIS GPP数据产品和区域统计年鉴数据，对2000~2014年辽宁省陆地碳源/汇的强度及空间格局分布进行定量化评估。结果表明：①辽宁省陆地碳源/汇呈现东部高、西部低的变化趋势，东部呈现显著的碳吸收功能，碳吸收强度超过250 gC m^-2 a^-1，但在辽宁中部、西部及北部地区则出现明显的碳排放。②沈阳的年均碳排放量（1.43 TgC a^-1）约占辽宁省各地市净碳排放总量（4.56 TgC a^-1）的三分之一，是全省碳排放的主体。③沈阳陆地生态系统总体表现为碳源，城区碳排放强度相对较弱，仅为26 gC m^-2 a^-1，近似表现为碳中性。本文基于碳源/汇形成过程定量分析辽宁陆地碳源/汇强度及其空间分布规律，为今后其他区域碳源/汇的模拟提供理论依据和方法借鉴。     

东北地区区域植被净初级生产力估算

鉴于我国东北地区是全球变化最敏感的区域之一,以东北地区植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)为指标,监测该地区的生态环境状态变化。在东北三省选取了东、中、西3个研究区,基于CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型,利用2007年和2010年两个时相的美国陆地卫星多光谱扫描仪(Landsat TM)遥感数据和气象观测数据实现了NPP估算,并对其空间分布进行了分析。结果表明:3个研究区在2个时相NPP的数值有一定的波动,农田、草地面积较大的中、西部2个研究区,NPP受到季节条件以及人为因素的影响较显著;森林面积较大的东部研究区,NPP主要受季节、水热条件影响;相对于中、西部研究区,东部研究区的NPP最大。该文以东北地区3个研究区为例,为利用多时相遥感与模型相结合的方式,开展区域NPP估算和研究碳储量动态变化提供了科学依据和方法借鉴。     

遥感数据融合下的雄安新区NPP时空格局分析

高时空分辨率数据对实现植被生产力动态监测和生态环境评估具有重要意义。以雄安新区为研究区,基于改进的ESTARFM融合模型构建高时空分辨率NDVI数据集,结合改进的CASA模型,模拟和分析了2000~2018年区域植被NPP的时空变化特征,并探讨气温与降水对NPP的影响。结果表明：①改进的ESTARFM融合模型预测结果性能较好;②研究区NPP的分布在空间上与土地覆被密切相关;③NPP在2000~2018年的变化趋势并不显著,但有明显的阶段性波动特征,主要是受到城镇化发展与农业技术水平提高等作用的影响;④由于区域气候的变化引起植被水分胁迫,降水对植被NPP的影响较气温更为显著。该研究能为雄安新区及其他区域的可持续发展评估提供一定的科学依据和借鉴意义。     

2001年～2010年重庆地区植被NPP时空变化特征及其与气候因子的关系

以2001年～2010年MOD17A3的年均NPP数据为基础,利用GIS技术定量分析了重庆地区植被NPP的时空变化特征及与气候因子的相关性,结果表明:2001年～2010年重庆地区植被NPP整体呈微弱上升趋势,植被覆盖略有增加,且总体分布呈现从南到北递减的趋势;重庆地区植被NPP增加幅度由南到北递减且整体变化幅度较小,仅部分区县变化幅度较大.不同的植被类型的NPP存在差异,其NPP大小顺序为:常绿阔叶林＞草地＞农田植被＞混生林＞常绿针叶林＞落叶阔叶林＞落叶针叶林＞灌丛.就气候因子与植被NPP的相关性而言,NPP与气温的相关性不明显,NPP与降水的相关显著性存在空间差异.     

多层土壤观测数据同化的森林碳、水通量模拟

为充分考虑森林生态系统土壤水分的垂直运动及改善碳、水通量的模拟精度，利用Biome-BGC MuSo模型模拟了长白山森林通量站点的碳、水通量，该模型包含了多层土壤模块、物候模块以及管理模块；其次，利用集合卡尔曼滤波算法将站点观测的多层土壤参数同化到Biome-BGC MuSo模型中，并用站点涡动通量数据进行了验证。结果表明：与Biome-BGC模型模拟结果相比，Biome-BGC MuSo改善了站点净生态系统交换量（Net ecosystem exchange, NEE）、生态系统呼吸量（Ecosystem respiration, ER）和蒸散发（Evapotranspiration, ET）模拟精度，站点观测的时序土壤温度和水分数据同化到Biome-BGC MuSo后，碳、水通量模拟结果有了进一步的提升（NEE: R² = 0.70, RMSE = 1.16 gC·m^–2·d^–1; ER: R² = 0.85, RMSE = 1.97 gC·m^–2·d^–1 ; ET: R² = 0.81, RMSE = 0.70 mm·d^–1）。数据-模型同化策略为森林生态系统碳、水同量的模拟提供了科学的方法。     

基于MODIS数据的河北省草地和林地的物候期及其与NPP相关分析

通过2006～2016年中等分辨率成像光谱仪MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)的 MCD12Q2数据集和 NPP(Net Primary Productivity,净初级生产力)数据MOD17A3HGF为数据源,研究河北省的草地和林地的物候期:生长季...