1981—2019年全球陆地生态系统碳通量变化特征及其驱动因子

陆地生态系统碳汇显著降低大气CO₂浓度上升和全球变暖的速率,受人类活动和气候变化的影响,陆地生态系统碳通量具有强烈的时空变化,其估算结果仍存在较大的不确定性,不同因子的贡献尚不清晰。为此,利用遥感驱动的陆地生态系统过程模型BEPS模拟分析了1981—2019年全球陆地生态系统碳通量的时空变化特征,评价了大气CO₂浓度、叶面积指数（Leaf Area Index,LAI）、氮沉降、气候变化对全球陆地生态系统碳收支变化的贡献。1981—2019年全球陆地生态系统总初级生产力（Gross Primary Productivity,GPP）、净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）和净生态系统生产力（Net Ecosystem Productivity,NEP）的平均值分别为115.3、51.3和2.7 Pg·a^-1（以碳质量计,下同）,上升速率分别为0.47、0.21和0.06 Pg·a^-1。全球大部分区域GPP和NPP显著增加,NEP显著上升（p<0.05）的区域明显少于GPP和NPP。1981—2019年,全球NEP累积为105.2 Pg,森林、稀树草原及灌木、农田和草地的贡献分别为76.4、15.8、9.4和3.6 Pg。CO₂浓度、LAI、氮沉降和气候变化各自对NEP的累积贡献分别为58.4、20.6、0.7和-43.6 Pg,全部4个因子变化对NEP的累积贡献为39.8 Pg,其中CO₂浓度上升是近40 a全球陆地生态系统NEP上升的主要贡献因子,其次为LAI。     

结合树龄信息的遥感森林生态系统生物量制图

森林生态系统是陆地生态系统中的重要组成部分，其中的地上生物量（AGB，Aboveground Biomass）在全球气候变化和碳循环研究中起着重要的作用。本文利用ETM^＋遥感影像，首先建立了实测叶面积指数（LAI，Leaf Area Index）与实测生物量数据的回归关系，基于遥感叶面积指数图像得到初步地上生物量空间分布图；同时在短波植被指数（SWVI，Short Wave Vegetation Index）与实测树龄之间建立了回归关系，在此基础上得到了树龄空间分布图。然后通过将植被指数（VI，Vegetation Index），LAI，树龄等变量针对不同的树种类型进行逐步回归，得到了较好的回归模型，并结合土地利用／土地覆盖估算了贵州省黎平县的地上生物量，绘制了其空间分布图。统计结果显示：总体森林生态系统的AGB与LAI和RSR（Reduced Simple Ratio）之间有一定的相关关系（R^2=0．895）；杉木林的AGB与LAI和归一化植被指数（NDVI，Normalized Difference Vegetation Index）之间有较强的相关性（R^2=0．93）；针叶树种的LAI与年龄是AGB较好的估算因子（R^2=0．937）；阔叶林的AGB与年龄有一定的相关性（R^2=0．792）；混交林的AGB与LAI和SR（Simple Ratio）有较强的相关性（R^2=0．931）。结果表明，将树龄和土地覆盖／土地利用类型的信息加入到地上生物量估算模型的建立中，是一种改善利用多光谱遥感估算精度的较好的方法。结合土地覆盖／土地利用类型的高分辨率的树龄空间分布图，可为森林生态系统的可持续发展和管理提供科学的论据。     

模型参数对赤霉病人工神经网络预报模型精度的影响

运用最优化相关普查方法,选取确定了对江苏省太湖地区小麦赤霉病发生程度有着显著指示意义的预报因子,将其作为输入变量经多层前馈神经网络的ＢＰ算法进行学习训练,建立了赤霉病病穗率的人工神经网络预报模型。分析了结构参数对模型效果的影响情况,发现训练的总体误差平方和对模型的效果最为显著,历史样本的拟合率随着总体误差平方和的拳小而稳定上升,但总体误差平方和取值偏小时模型对独立样本的预报精度下降;当总体误差平方     

赤道太平洋海温异常对太湖地区小麦赤霉病的影响

本文通过对１９５２年至１９９８年的资料分析表现,东太平洋地区的海温变化对江苏省太湖地区小麦赤霉病发生程度有着显著的滞后影响,在ＥＮＳＯ事件开始或维持的下一年赤霉病明显偏重发生,在此基础上,运用人工神经网络方法,建立了太湖地区小麦赤霉病的海温长期混合预报模型。     

小麦赤霉病气象条件适宜程度等级预报

利用1965-2006年气象、赤霉病资料,分析赤霉病感病期间各气象要素对赤霉病的诱发程度,定义满足一定诱发条件的日子为赤霉病诱发致病日.根据最优化技术二维寻优的变量轮换原理,计算赤霉病感病期间逐日诱发修正系数、赤霉病诱发致病日的持续时间修正系数,建立促病指数模型,由此判别赤霉病气象条件适宜程度及发生的等级.2007年、2008年和2009年试报结果与实况相符.应用本研究方法,可动态监测赤霉病气象条件适宜程度的等级,由此推测赤霉病可能流行的程度,科学防治赤霉病.     

叶方向3维空间分布的地面激光雷达反演与分析

叶方向(包括叶倾角和方位角)是决定林冠内部及其下层太阳辐射在3维空间分布的重要因素,并进而影响植被的光合作用效率和林冠的二向性反射特性。本文利用地面激光雷达扫描系统(TLS)对一棵人工阔叶树在水平圆形轨道设置等间距6站进行扫描,获取其完整覆盖的3维点云数据。在手动选取78片点云完整叶片数据的基础上,通过重建单点在其邻域内的法向量和所在叶片主轴方向分别得到了叶的倾角和方位角分布,将构成每片叶子的所有点的倾角和方位角各自均值作为其倾角和方位角。通过与利用角度尺和罗盘进行逐叶片手动测量结果对比发现:基于TLS计算的叶倾角和方位角与手动测量结果均具有较强的相关性,R2分别为0.88(N=209,p0.001)和0.97(N=78,p0.001)。本文方法能准确获取林冠元素的3维空间分布,为估算森林冠层在任意给定光照条件下的消光系数提供了理论基础,为促进地面激光雷达在植被冠层3维结构参数,特别是叶面积指数的反演起到了积极作用。     

4种常用植被指数的地形效应评估

植被指数已经广泛应用于地表植被覆盖监测,但是地形对植被指数的影响难以避免,却经常在大尺度遥感应用时被忽略。本文利用山区森林的Landsat TM数据计算SR、NDVI、RSR、MNDVI4种常用植被指数,评估了地形对这些植被指数的影响,并利用余弦校正和C校正模型分别对它们进行地形校正。结果表明,近红外和短波红外比红光波段的地形影响更为敏感,原因是更强的红光天空漫反射削弱了红光的地形影响。地形强烈影响非波段比值型植被指数(如RSR和MNDVI等),导致阳坡的植被指数相对偏小,阴坡的植被指数相对偏大,这种地形效应随坡度增大而显著增大。因此,利用非波段比值型植被指数反演山区植被参数时必须做严格的地形校正。与之相反,波段比值型植被指数(如SR和NDVI等)可以很大程度上消除地形影响,但是在大坡度情况下,地形影响仍然不能被忽略,而且此时SR比NDVI的地形效应更大。C地形校正效果好于余弦校正效果,特别是大坡度情况下更为明显。     

评价我国鄱阳湖流域森林生态系统碳动态对植树造林与未来气候变化的响应

20世纪80年代我国鄱阳湖流域实施造林再造林工程,该区域森林面积大幅增加。大规模植物造林可能极大地影响该区域森林碳库与碳收支的变化。因此,气候变化背景下鄱阳湖流域碳平衡对中国碳循环有重要的作用。但是我们对于该地区长时间尺度的碳平衡,特别是在未来气候变化和CO2浓度上升的条件下森林生态系统碳源／汇趋势的了解不多。本研究利用过程模型InTEC模型结合区域气候模式（RIEMS2．0）模拟的未来气候资料估算了鄱阳湖流域1981—2050年碳收支情况。1981—2000年,年NPP的快速增加主要归因于大规模的植树造林;森林土壤有机碳（0-30cm）在植树造林初期每年降低1％。同时该地区森林在过去20年期间从碳源转化为碳汇。2040—2050年森林总碳库相比较2001—2010年增加0．78PgC。基于气候变化和CO2浓度增加（A1B）背景下,鄱阳湖流域NEP趋向于稳定（20—30Tgcy^-1）,除了少数年份因为干旱引发了大的碳汇损失。模拟结果同样表明水分是控制该地区NEP年际变化的主要因子而NPP的年际波动主要受到温度的影响。     

冬小麦赤霉病与北太平洋海温场的相关分析及其预报

本文用经验正交、函数展开的分析方法确定了太平津海面温度场中和江苏省淮河以南各地小麦赤霉病显著相关的海区。对于显著相关海区的海面温度应用主成份分析进行处理,得到了数量较少而又能代表该海区海温状况主要信息的新因子,从而建立了各地赤霉病的长期预报模式,进行预报,效果较好。     

全球碳盘点卫星遥感监测方法、进展与挑战

以全球变暖为主要特征的气候变化已成为全球性环境问题,对全球可持续发展带来严峻挑战。2015年《巴黎协定》确定了自2020年后国家自主贡献的减排方式,并从2023年开始每5 a开展一次全球碳盘点。2019年第49届IPCC全会明确增加了基于卫星遥感的排放清单校验方法。欧盟、美国、日本、加拿大等正在大力发展温室气体排放的MVS（Monitoring and Verification Support）能力。本文调研分析了全球碳盘点对卫星遥感技术的需求,介绍了全球碳盘点卫星遥感的技术原理,梳理了温室气体卫星遥感、生态系统碳源汇卫星遥感估算、人为源碳排放卫星遥感、碳通量同化估算等全球碳盘点卫星遥感核心环节的研究现状与进展,分析了当前卫星遥感技术对全球碳盘点任务的支撑能力,并结合国内外发展趋势,针对性地提出中国的碳监测卫星计划方案,并展望了中国开展全球碳盘点卫星遥感监测重点任务,期望为中国全球碳盘点卫星遥感体系建设提供思路与方案。