基于遥感-生态过程的绿洲-荒漠生态系统净初级生产力估算

针对干旱区特有的气候-植被特征,利用卫星遥感混合像元分解技术对干旱区植被进行了光合作用植被和非光合作用植被区分和组分解析,尝试通过对于旱覆被植被灌层结构进行解析而解决因植被光能吸收的估算问题,并参考国际上遥感-生态模型GLO-PEM和CASA,借助遥感生态反演的物理分析,初步构建起基于遥感与生态过程的干旱区适用的光能利用率模型NPP-PEM,并以ERDAS IMAGINE为平台,实现了模型可视化模型界面,可用于中国西部干旱区山地-绿洲-荒漠生态系统年净第一性生产力的估算.由于考虑了干旱植被生理特征和灌层结构的光能利用模型,模拟结构与原理更加合理完善,为引入其他生态模型应用或移植到干旱区提供借鉴,从而为中国干旱区陆地生态系统碳循环研究开辟了途径.     

天山北麓山地-绿洲-荒漠生态系统净初级生产力空间分布格局及其季节变化

以天山北麓总面积达93 936 km~2的山地-绿洲-荒漠生态样带为例,利用生态-遥感光能利用率模型NPP-PEM,使用1 km分辨率SPOT/VEGETATION遥感等数据资料,估算了生态样带净初级生产力(NPP)空间分布及其季节变化.结果表明山地-绿洲-荒漠生态样带平均NPP为161.06 g C·m~(-2)·a~(-1),样带陆地生态系统年总碳吸收量或年总NPP累积量为15.081 Tg C(1Tg=10~(12)g),其中绿洲农田、山地草甸草原、平原荒漠草原和山地森林对的碳吸收贡献率分别为32.67%、28.16%、12.41%和9.15%.夏季是各类生态系统NPP增加量最大的季节,而沙漠由于早春短命植被覆盖而具有生长双峰现象.样带NPP空间分布及其季相变化特征是自然环境、地貌、气候以及人类生产活动长期共同作用和影响的结果,其中水热条件和基质是控制干旱区陆地生态系统NPP空间格局的决定因子.结果检验表明模拟效果较为合理,证明NPP-PEM模型在干旱生态系统的应用是可行的.研究为干旱区陆地生态系统碳循环研究开辟了途径,可为干旱区生态系统评估、监测和管理提供研究方法和参考依据.     

新疆山地-绿洲-荒漠系统及其气候特征

在位于中国西北内陆干旱区的新疆,发育着大量的山地-绿洲-荒漠系统,山地系统是干旱区水资源的形成区,也是重要的矿质营养库和生物种质资源库,绿洲系统是生产力相对较高的区域和人类赖以生存和发展的中心,而荒漠系统则是干旱区面积广阔和环境相对恶劣的区域。地貌类型与气候特征决定耦合类型的基础和框架,水文特征决定耦合类型的空间格局,植被类型反应耦合类型的外貌。通过对新疆山地、绿洲、荒漠三个子系统结构与功能进行了分析,并结合新疆近40年气候变化的特点和规律,来探讨中亚干旱区山地-绿洲-荒漠系统的特征。     

荒漠-过渡带-绿洲界定——以石羊河流域为例

中国西北干旱区发源于山地的河流为中下游地区带来了丰富的水土资源,在荒漠中孕育出绿洲,过渡带位于其间,构成荒漠-过渡带-绿洲地理景观单元。界定荒漠、过渡带、绿洲的空间分布,可为干旱区生态系统格局、过程和服务方面的精确认知评价提供空间参考。以石羊河流域为例,选取训练样本,利用常用遥感指标和景观格局指数,通过判别分析方法,对荒漠、过渡带和绿洲空间范围进行界定。结果表明:采用通过逐步判别分析筛选出的6项遥感指标和2项景观指数构建的判别函数,与单独利用遥感指标或景观指数构建的判别函数,计算出训练样本的判别准确率分别为92.4%、84.0%、70.2%。采用遥感指标结合景观指数的综合判别分析,比单独利用遥感指标或景观指数判别准确率分别提高了8.4%\,22.2%。经综合指标判别分析,得出除主要山地外的石羊河流域荒漠、过渡带和绿洲面积分别为133万、49万、58万hm²。     

干旱区内陆河流域生态系统类型及其整治途——以新疆为例

干旱区内陆河流域生态系统类型,可按水资源的形成、转化、消耗、积蓄和排泄,结合地貌和植被划分为山地、水域、人工绿洲、自然绿洲和荒漠五大类型.各类型是在以荒漠为背景情况下,山地为基础,水域为主导,人工绿洲是核心,自然绿洲是屏障.流域生态系统整治途径是:治理山区环境,涵养保持水源;合理利用水源,维护生态稳定;建设人工绿洲,优化生存基地;保护自然绿洲,发挥生态效益;防治荒漠化扩大,减少危害程度.     

干旱区内陆河流域生态系统类型及其整治途径——以新疆为例

干旱区内陆河流域生态系统类型 ,可按水资源的形成、转化、消耗、积蓄和排泄 ,结合地貌和植被划分为山地、水域、人工绿洲、自然绿洲和荒漠五大类型。各类型是在以荒漠为背景情况下 ,山地为基础 ,水域为主导 ,人工绿洲是核心 ,自然绿洲是屏障。流域生态系统整治途径是 :治理山区环境 ,涵养保持水源 ;合理利用水源 ,维护生态稳定 ;建设人工绿洲 ,优化生存基地 ;保护自然绿洲 ,发挥生态效益 ;防治荒漠化扩大 ,减少危害程度     

干旱区内陆河流域生态系统类型及其整治途径：以新疆为例

干旱区内陆河流域生态系统类型,可按水资源的形成、转化、消耗,积蓄和排泄,结合地貌和植被划分为山地、水域、人工绿洲、自然绿洲和荒漠五大类型。各类型是在以荒漠为背景情况下,山地为基础,水域为主导,人工绿洲是核心,自然绿洲是屏障,流域生态系统整治途径是：治理山区环境,涵养保持水源;合理利用水源;维护生态稳定、建设人工绿洲,优化生存基地;保护自然绿洲,发挥生态效益;防治荒漠化扩大,减少危害程度。     

叶尔羌河、喀什噶尔河流域绿洲环境变化及环境治理

三十多年,叶尔羌河、喀什噶尔河流域,人们通过植树造林及其他综合措施,治理灌溉绿洲内部严重的次生盐渍化耕地和零星沙漠化土地,提高了防御自然灾害的能力;但自然绿洲天然荒漠林锐减、沙漠化强烈发展、草场退化等环境劣变现象尚未根本扭转,亟需采取保护措施。     

山地地理

P463.1,P931.32006010174新疆山地-绿洲-荒漠系统及其气候特征=Mountain-oasis-desert system and characteristics of cli mate in Xinjiang/孙洪波,王让会…∥干旱区地理.—2005,28(2).—199~204通过对新疆山地、绿洲、荒漠三个子系统结构与功能进行了分析,并结合新疆近40年气候变化的特点和规律,对比了中国新疆南北疆气候变化的差异,进而全面揭示干旱区山地-绿洲-荒漠系统的特征.图2表2参18(王彦)SDX171.12006010175天山北麓地下水与自然植被的空间变异及其分形特征=Spatial variability and fractal di mensions of groundwater and…     

基于PSO-PNN模型的喀什噶尔绿洲耕地盐渍化分析

盐渍化是构成绿洲农业低产的主要原因之一,也是农业开发和可持续发展的重要限制因素。为提高盐渍化耕地生产力,促进绿洲农业的可持续发展,以喀什噶尔绿洲耕地为研究对象,利用Landsat 8 OLI遥感影像数据提取遥感指数20个,利用土地利用数据计算研究区耕地开垦年限,用线性拟合的方法将用植被光合作用模型（VPM）模拟的植被净初级生产力（NPP）数据进行降尺度,将遥感指数同土壤采样及实测数据进行相关分析,得到优选的遥感特征变量,再用粒子群优化算法（PSO）优化的概率神经网络（PNN）模型进行盐渍化程度分类,得到研究区耕地盐渍化等级分布情况,后与研究区耕地开垦年限和NPP进行叠加分析。结果表明：（1） 选取增强型植被指数（EVI）、盐分指数2（SI₂）、湿度指数（WI）、MSAVI-WI-SI特征空间（MWSI）、波段6（B6,2.11~2.29 μm）5个遥感参量通过PSO-PNN模型进行盐渍化程度反演准确率约为80%。（2） 耕地开垦年限越大的区域盐渍化程度越低。新开垦的耕地主要分布在研究区东部,而研究区西部大都为开垦年限在45 a以上的老绿洲农业区。（3） 耕地盐渍化严重降低了耕地农作物生产力。研究区耕地NPP较高的区域大都分布在西部,较低的区域大都分布在东部,与盐渍化程度等级分布大致相反。上述研究方法与结果可为后续使用遥感参量进行盐渍化反演的研究提供参考,对干旱半干旱区的盐渍化耕地改良具有一定的参考意义。     

干旱生态系统净初级生产力估算及变化探测

1 Introduction Arid western China stretches from west of Helan Mountains to south of the piedmont of Kunlun Mountains, covering about 2.50×106 km2 or 26.08% of the total territorial area of China. Its unique geographic location in the hinterland of Euras…     

Carbon uptake and change in net primary productivity of oasis-desert ecosystem in arid western China with remote sensing technique

Arid and semi-arid ecosystems exhibit a spatially complex biogeophysical structure. According to arid western special climate-vegetation characters, the fractional cover of photosynthetic vegetation (PV), non-photosynthetic vegetation (NPV), bare soil and water are unmixed, using the remote sensing spectral mixture analysis. We try the method to unmix the canopy funation structure of arid land cover in order to avoid the differentiation of regional vegetation system and the disturbance of environmental background. We developed a modified production efficiency model NPP-PEM appropriate for the arid area at regional scale based on the concept of radiation use efficiency. This model refer to the GLO-PEM and CASA model was driven with remotely sensed observations, and calculates not just the conversion efficiency of absorbed photosynthetically active radiation but also the carbon fluxes that determine net primary productivity (NPP). We apply and validate the model in the Kaxger and Yarkant river basins in arid western China. The NPP of the study area in 1992 and 1998 was estimated based on the NPP-PEM model. The results show that the improved PEM model, considering the photosynthetical activation of heterogeneous functional vegetation, is in good agreement with field measurements and the existing literature. An accurate agreement (R2 = 0.85, P<0.001) between the estimates and the ground-based measurement was obtained. The spatial distribution of mountain-oasis-desert ecosystem shows an obvious heterogeneous carbon uptake. The results are applicable to arid ecosystem studies ranging from characterizing carbon cycle, carbon flux over arid areas to monitoring change in mountain-oasis-desert productivity, stress and management.     

黄土高原植被降水利用效率对植被恢复/退化的响应

基于2000-2014年MODIS NDVI数据及气象数据,运用累计降水利用效率变化差异（CRD,cumulative rain use efficiency differences）估算模型和基于地形要素降水量插值法,探讨2000-2014年黄土高原RUE（降水利用效率rain use efficiency）对植被变化的响应,以期为黄土高原生态可持续发展提供数据支撑。结果表明：黄土高原大部分地区植被覆盖得以改善,其面积约占总面积的81%,区域边缘植被覆盖退化严重。黄土高原降水利用效率RUE与累计NDVI的相关性总体表现为“东南呈正相关,西北为负相关”的空间格局,全区相关系数以正相关为主。黄土高原CRD与植被变化趋势的相关性显著,其中,植被退化背景下,植被退化程度越严重,RUE越低;植被恢复背景下,RUE受“退耕还林还草”作用显著,2000-2005年,RUE呈上升趋势,2007年后,随着退耕还林还草政策的工作重心转移,RUE呈波动变化。     

Urbanization alters spatiotemporal patterns of ecosystem primary production: A case study of the Phoenix metropolitan region,USA

Previous studies have found that urbanization often decreases net primary production (NPP), an important integrative measure of ecosystem functioning. In arid environments, however, urbanization may boost productivity by introducing highly productive plant communities and weakening the coupling of plant growth to naturally occurring cycles of water and nutrients. We tested these ideas by comparing NPP estimated for natural and anthropogenic land covers in the Phoenix metropolitan region of USA using MODIS NDVI data and a simplified parametric NPP model. Most anthropogenic land covers exhibited higher production than the natural desert. Consequently, the combined urban and agricultural areas contributed more to the regional primary production than the natural desert did in normal and dry years, whereas this pattern was reversed in wet years. Primary production of this urban landscape was only weakly correlated with rainfall, but strongly with socio-economic variables. Our productivity estimates agreed well with NPP predicted by a process-based ecosystem model for the area. Significant uncertainties, however, remain due to extremely high heterogeneity of urban vegetation. Nevertheless, our results clearly show that urbanization may not only increase regional NPP and disrupt the coupling between vegetation and precipitation, but also increase spatial heterogeneity of NPP in this arid region.     

近20 a中亚净初级生产力与实际蒸散发特征分析

中亚碳、水循环在气候变异和人为活动的影响下呈现新的时空特征。但由于观测数据稀缺,生态过程特殊,植被、土壤空间异质性强,中亚植被净初级生产力(NPP)、实际蒸散发(AET)的时空特征相关信息相对不足,且时效性不高。利用全球尺度的NPP、AET、土地覆被数据,气象站点与区域气候数据分析近20 a中亚地区NPP和AET的时空特征。结果表明：与1990年相比,2000年中亚地区农田NPP增幅小于自然植被,植被总固碳量增加了254.65 Tg C;近20 a中亚地区实际总蒸散量先增后降,农田对中亚水资源散失的贡献减小,自然植被的贡献增大,自然植被与农田面积变化决定中亚总蒸散量动态;北部农田区、东部山区及山前绿洲为NPP和AET的高值区,中西部荒漠为低值区。     

关中-天水经济区土地利用变化对净第一性生产力影响测评

净第一性生产力是表现陆地生态过程的关键参数,土地利用变化深刻影响区域的净第一性生产力。选取关中-天水经济区为研究区域,尝试对30 m精度的1980-2011年4期9月份左右Landsat 7的遥感影像以及CASA模型来估算关中-天水经济区的净第一性生产力,并用2011年遥感图像解译获得该年的土地利用数据,以及土地利用变化情况。在此基础上分析土地利用变化对净第一性生产力的影响,并且对关天经济区各县市净初级生产力进行了对比和分析。结果表明：1980-2011年,关中-天水经济区土地利用耕地、林地、居民建筑用地变化明显,南部秦岭山区多为林地与草地,净第一性生产力高达625.37 g C·m-2·a-1,而关中平原与天水地区人口居住区与开垦区净第一性生产力明显下降,最低达47.78 g C·m-2·a-1,人为的开发与利用土地降低了区域的净第一性生产力。所以,要继续施行落实退耕还林政策,控制城镇用地较大速度的扩增,以保持好区域的生态服务功能。     

黑河流域NPP遥感估算及其时空变化特征

植被的净初级生产力(NPP)是研究陆地各种生态过程的关键参数,对区域NPP的研究有利于人类对自然资源的管理和有效利用.本研究使用气象和遥感等数据,应用修正的CASA模型及其他数理统计方法对黑河流域1999—2010年的NPP进行估算,并对其时空变化特征进行了分析.结果显示:在1999—2010年,黑河流域的年NPP总量以3×10¹¹ g·a^-1的趋势增加;该流域NPP空间分布总体上为南多北少、河流两旁及绿洲地区多于其他地区;各类型中,草地生态系统累计的NPP最多;黑河上游NPP量与太阳辐射和降水量呈正相关关系,与年均气温呈负相关关系,上游地区水分和太阳总辐射量因子共同制约着流域的NPP量;中游地区年平均NPP与年平均气温呈负相关,与年总降水量呈正相关,与年总太阳辐射量呈微弱负相关,水分因子制约着植被NPP的生产;黑河流域下游地区植被NPP的年均累积生产量与年平均气温呈正相关,与年总降水量呈负相关,而与年总太阳辐射量无明显相关性,气温是下游植被NPP生产的制约因素.     

Monitoring the grazing resources of the Badia region, Jordan, using remote sensing

In this paper we discuss how low spatial resolution (1 km) ERS ATSR-2 and NOAA AVHRR satellite data were used to map and monitor changes in the grazing vegetation of the Badia region of Jordan. This area is typical of many arid zone grazing areas, comprising sparse vegetation and highly reflective soils. These two factors were found to severely limit the usefulness of satellite-derived vegetation indices that are frequently used to map and monitor vegetation in more temperate areas. Furthermore, the relationship between vegetation indices and percentage vegetation cover was found to be site-specific, thus reducing their application for large-scale vegetation monitoring. As an alternative, a hybrid geometric optical/empirically based model was developed for the area. This was based on the illumination geometry and reflectance values from the red and near-infrared scattergram of the satellite images. The output of the model was a series of maps indicating percentage vegetation cover for different dates and these were used to construct maps showing areas of vegetation change. Strong correlations (r²=0.837) were found between estimates of percentage vegetation cover derived from the model, and measurements made at a series of 16 field sites in the area. The use of geometric optical models based on satellite imagery improves the ability to map areas of grazing vegetation in arid areas such as the Badia and provides a good alternative to the use of vegetation indices.