中国陆地生态系统净初级生产力时空特征模拟

In this paper,we use CEVSA,a process-based model,which has been validated on regional and global scales,to explore the temporal and spatial patterns of Net Primary Productivity (NPP) and its responses to interannual Climate fluctuations in China‘‘‘‘‘‘‘‘s terrestrial ecosystems over the period 1981-1998,The estimated results suggest that ,in this study period,the averaged annual total NPP is about 3.09 Gt C/yr^-1 and average NPP is about 342 g C/m^2,The results also showed that the precipitaion was the key factor determining the spsatial distribution and temporal trends of NPP. Temporally,the total NPP exhibited a slowly increasing trend.In some ENSO years( e.g.1982,1986,1997)NPP decreased clearly compared to the previous year,but the relationship between ENSO and NPP is decreased clearly compared to the previous year,but the relationship between ENSO and NPP is complex due to the integrated effects of monsoons and regional differentiation. Spatially,the relatively high NPP occurred at the middle high latitudes,the low latitudes and the lower appeared at the middle latitudes,On national scale,precipitaion is the key conntro factor on NPP variations and there exists a weak correlation between NP and temperature ,but regional responses are greatly different.     

青藏高原主要生态系统净初级生产力的估算

利用青藏高原贡嘎山、海北、五道梁、拉萨等4个野外台站2000~2002年的观测数据、陆地生态系统模型与2001年MODIS遥感数据相结合的方法来估算青藏高原区域的净初级生产力。结果表明:青藏高原区域的净初级生产力空间分布趋势表现出由东南向西北逐渐递减的梯度,该趋势也与水热梯度表现基本一致;整个青藏高原的净初级生产力为302.44×1012 gC yr-1,其中森林的净初级生产力最高,120.11×1012 gC yr-1,占整个高原净初级生产力的39.7%;全年中夏季(6~8月) 的净初级生产力最高,246.7×1012 gC yr-1,约占全年总净初级生产力的80%。用实测数据验证模拟结果表明,二者非常相符。     

陆地植被净初级生产力研究进展

 植被的净初级生产力(NPP)反映了植物每年通过光合作用所固定的碳总量，目前NPP研究是全球变化研究的重要内容之一。本文综述了近年来国内外在全球和区域陆地植被NPP的研究现状，对遥感(RS)和地理信息系统(GIS)在NPP研究中的应用作了分析，并对国内外NPP研究的不足和发展趋势作了讨论。     

中国陆地净初级生产力时空特征模拟

应用生态系统机理性模型估算1981～1998年中国陆地生态系统净初级生产力 (NPP) 的时空变化,并分析了NPP对年际间气候变化的响应。结果表明,中国陆地生态系统1981～1998年NPP总量波动于2.86～3.37 Gt C/yr之间,平均约为3.09 Gt C /yr ,单位NPP平均约为342 g C m²/yr。在研究时段内,NPP有缓慢增长趋势,年增长率约为0.32%,NPP总量平均值从 1980年代 (1981～1989年) 的3.03 Gt C/yr上升到1990年代 (1990～1998年) 的3.14 Gt C/yr。在一些厄尔尼诺 (El Nino) 发生年,NPP有明显的下降,但由于地域差异和季风环流的影响,NPP同ENSO的关系还十分复杂。从全国来看,在厄尔尼诺现象发生的1982年、1986年、1991年和1997年,NPP都有一定程度的减少。但在1993年和1994年两个厄尔尼诺发生年,NPP并没有表现为明显的下降趋势,1994年NPP总量甚至比上一年增加了0.12Gt,这主要是由于温度和降水量在不同地区的分布差异以及不同地区对厄尔尼诺现象的响应差异造成的。     

黑河流域植被净初级生产力的遥感估算

利用光能利用率模型C-FIX,高时空分辨率的SPOT/VEGETATION遥感数据,全球格网化气象再分析资料以及黑河流域土地利用图,估算了1998—2002年黑河流域不同生态系统净初级生产力(NPP)的年总量和平均生产力,输出了黑河流域NPP年累积量空间分布格局图、NPP季节动态图,分析了近5a来黑河流域NPP时空变化特征,评价了不同土地利用类型下的生态系统生产力水平差异。其结果表明,黑河流域陆地生态系统NPP空间分布及其季相变化特征是流域自然环境、地貌、气候以及人类生产活动长期共同作用和影响的结果,其中水分条件是控制黑河流域陆地生态系统NPP空间格局的决定因子。1998—2002年黑河流域山区高覆盖度草地和下游荒漠区净初级生产力持续下降,反映出这些地区生态环境恶化严重。这些研究结果可以为黑河流域的水-生态-经济系统的合理设计与有效实施提供科学数据集。     

青海省草地资源净初级生产力遥感监测

在研究特定区域的草地光能利用率和环境影响因素典型特点的基础上,建立基于光能利用率的草地NPP遥感估算模型,模拟并分析2006年青海省草地FPAR、光能利用率、NPP的空间分布和季相变化特征。研究结果表明,2006年青海省草地净初级生产力平均值为173.28 gC/(m2.a)。青海省东南部、南部和青海湖周围三个地区,是青海省草地NPP较高的区域。不同草地类型的NPP存在差异,高覆盖度草地的单位面积平均NPP为193.82 gC/(m2.a),中覆盖度草地NPP为157.14 gC/(m2.a),低覆盖度草地NPP为121.08 gC/(m2.a)。     

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…     

基于无人机影像的北部湾典型岛群红树林生态系统净初级生产力估算

提出以无人机季节航拍影像为数据源,采用ENVI5.3软件中的CART方法对广西北部湾的典型岛群红树林景观类型进行解译,借助于Python语言实现CASA模型并将其引入到对岛群红树林生态系统的研究中,得出了不同海岛和红树林生态系统净初级生产力（NPP）的空间分布特征。结果表明：1）可见光波段差异性植被指数（VDVI）可以很好地区分海岛及红树林植被等典型地物,可应用在岛群红树林生态系统NPP的估算上;2）研究区NPP的总量为127.09 t·C/a,NPP的年均碳密度值介于0~1 437.12 g·C/m²,年均碳密度为399.85 g·C/m²。红树林生态系统的NPP值较高,而海岛生态系统的NPP值较低;3）季节尺度上NPP碳密度的大小与年内太阳辐射有直接的关系,夏季的NPP碳密度最大,冬季最小;4）白骨壤的单位面积NPP最大,为1 123.09 g·C/m²,而桐花树最小,为649.65 g·C/m²。红树林生态系统NPP平均碳密度低于实测样地和深圳福田红树林计算结果,这与不同红树林群落的植被光谱特征有关。     

2000-2015年城市和工矿用地扩张对净初级生产力的影响

中国近15 a来快速的城市化和工业化对陆地净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）的影响是关系到碳循环和全球变化效应的重要问题。首先,本文基于VPM（Vegetation Photosynthesis Model）模型得到NPP数据,基于中国土地利用数据集（National Land Use Datasets of China（NLUD-China））获取2000-2015年城市和工矿用地数据,然后通过邻域替代法模拟2000-2015年间因中国城市和工矿用地扩张损失的陆地NPP。结果表明：2015年城市和工矿用地占中国国土总面积的1.2%,在2000-2015年间面积增加了70×10³ km²。城市和工矿用地扩张导致陆地NPP损失1.24 TgC·a^-1到3.14 TgC·a^-1,在2005-2010年损失NPP最多（3.14 TgC·a^-1）。耕地被建设用地占用是造成中国陆地NPP损失的重要原因,在2010-2015年共有13×10³ km²的耕地被城市和工矿用地占用,因此损失的NPP达1.51 TgC·a^-1,占中国城市和工矿用地扩张损失NPP总量的82%。从时空分布特征来看,21世纪初剧烈的城市扩张造成沿海和中部地区NPP损失严重（2000-2005年沿海地区主要因城市扩张损失NPP高达0.82 TgC·a^-1）,而2010-2015年主要因工矿用地扩张使西部地区NPP损失升高（在2010-2015年因工矿用地扩张损失NPP 0.46 TgC·a^-1,占中国NPP损失总量的30.81%）,NPP损失量呈现出从东高西低逐渐过渡到东西平衡的时空格局。从影响上分析,城市和工矿用地不透水地表比例（0.59±0.19）高于自然植被的不透水地表比例（0.29±0.14）,并且城市内部透水地表的平均标准化NPP（0.9）低于自然植被的平均标准化NPP（1.1）,是造成城市和工矿用地损失NPP的主要原因。     

应用遥感技术模拟净初级生产力的尺度效应研究进展

采用遥感技术估算地表植被净初级生产力(NPP),已经成为模拟NPP的主要发展方向。遥感技术以及数据处理能力的迅速发展和基于遥感观测生理生态理论研究的进展使大尺度生态系统格局和过程的定量、动态观测成为可能。多种卫星传感器提供了丰富的多尺度对地观测数据,从而形成了不同空间分辨率的影像数据层次体系,使得从定量遥感出发的NPP估算必然存在多尺度的问题。NPP遥感估算模型以不同分辨率的遥感数据(代表不同的研究尺度)作为输入参数时,得到的NPP模拟值差异明显。为了提高NPP的估算精度,需要充分认识不同分辨率的遥感数据对NPP估算结果的影响差异,即NPP的尺度效应问题。本文介绍了遥感尺度效应研究进展,多分辨率遥感数据监测NPP变化的多尺度研究进展,以及NPP估算尺度效应问题的研究进展。并分析了应用遥感技术研究NPP尺度效应的发展趋势。     

气候变化对净生态系统生产力的影响

基于生态系统碳平衡方程以及净第一性生产力 (NPP) 和气候资料反演了1km分辨率的中国土壤异养呼吸系数 (aij),结果表明：aij总体上是东南和东北地区高,西北地区低;和NPP相比,东南沿海和华南的大部分地区的aij值并不大,而在东北北部和东部有大面积的aij高值区。这表明当气候适宜时,这些地区的土壤异养呼吸将具有较大的增长潜力。在假定气温平均升高1.5^oC,降水平均增加5%的情景下,对中国净生态系统生产力 (NEP) 的研究表明：生态系统与大气的碳通量都有所增加,其中NPP平均增加了6.2%,土壤异养呼吸平均增加了5.5％,不同生态系统的NEP存在很大的差异,其中最稳定最有潜力的自然生态系统的碳汇是北方落叶针叶林;对人工植被而言,最多最稳定的碳汇是一年一熟作物;而双季稻连作喜温作物和单 (双) 季稻连作喜凉作物生态系统起着较稳定的碳源作用。     

中国陆地植被净第一性生产力及季节变化研究

利用植被指数与植被吸收的光合有效辐射比例之间的线性关系,由1992年4月～1993年3月12 个月的1 km AVHRR NDVI资料及同期地面气象资料确定地表植被吸收的光合有效辐射,然后由光能利用率得到植被净第一性生产力(NPP).为了更准确计算NPP,本文还考虑了温度及土壤水分条件对光能利用率的影响,最后得到我国陆地植被年NPP分布图,并对中国陆地植被净第一性生产力分布情况的季节变化及不同植被类型的NPP季节变化进行了初步研究.结果表明,我国NPP的分布主要受水分条件的影响,呈从东南到西北递减的趋势,全国年总净第一性生产力约为2.645×109tC.     

海洋初级生产力遥感与GIS评估模型研究

本文探讨了利用遥感和地理信息系统技术获取海洋初级生产力的基本原理和方法。根据表层海水叶绿素遥感信息反演模型。介绍了三种基于表层海水中叶绿素浓度的海洋初级生产力算法。根据这三种算法,利用ＧＩＳ建模技术,推导了具有空间特征的海洋初级生产力的ＧＩＳ理论估算模型,以及这种模型的求解方法。     

土地利用和气候变化对区域净初级生产力的影响

应用以遥感观测数据驱动的GLO-PEM模式模拟估计的中国北方20年的NPP数据同其20年气候数据结合,同时利用通过遥感宏观调查所得的两期土地利用数据,分析20年气候和土地利用变化对区域净初级生产力 (Net Primary Productivity,NPP) 的影响的时空特征。分析结果表明,20年来研究区域年均温度显著增加 (年均增温0.064 ^oC),年降水量明显减少 (年降水减少率为1.49 mm/年),NPP以减少趋势为主 (年减少率6.9 TgC)。研究区域NPP的变化受旬 (月) 均温和旬 (月) 降水量和季节温度和季节降水的变化影响显著。季节NPP同季节降水和温度的相关性在空间上同植被覆盖表现出高度的一致性,其相关系数大小随着不同植被覆盖类型变化而变化。通过分析可见,就整个研究区来说,发生土地利用变化的区域仅占整个研究区域的5.45%, 气候对整个研究区域NPP的影响占主导地位 (占了总影响量的90%);土地利用发生区域土地利用的作用占了绝对地位,土地利用的影响占了约97%。整个研究区域近20年来因为降水明显减少,温度显著升高,导致NPP明显下降,在两期土地利用间隔时间段内 (约10年) 因气候影响NPP减少了78 (±0.6) TgC。因为土地利用的变化导致NPP减少9 (±0.2) TgC。气候和土地利用共同作用是研究区域的NPP减少87 (±0.8) TgC。     

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.     

官厅水库小流域植被净初级生产力估算

植被是小流域的物质基础,植被净初级生产力的稳定性关系到小流域的健康和可持续发展.以官厅水库小流域为研究区,采用改进型CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型,利用2005年、2010年和2015年以及邻近年份的每年3～11月的LandsatTM/ETM+/OLI影像数据,估算官厅水...     

基于CSCS改进CASA模型的中国草地净初级生产力模拟

将草原综合顺序分类系统（CSCS）中的热量指标（∑θ）和湿润度指标（K）引入CASA模型。利用该模型模拟了2004-2008年中国41个草地类的净初级生产力（NPP）,并分析了其时空变化和不同草地类NPP变化。结果表明：2004-2008年中国草地NPP模拟平均值与实测平均值分别为503.8 g·m^-2·a^-1和567.3 g·m^-2·a^-1,两者较为接近。各类草地的平均误差和平均相对误差均值分别为4.85 g·m^-2·a^-1和7.6%。草地NPP的实测值和模拟值相关性较好。改进CASA模型模拟值比Miami和Thornthwaite Memorial模型模拟值更接近实测值。NPP空间分布呈东高西低,南高北低,从西北向东南逐渐增加的趋势,体现了K和∑θ的水平和垂直地带性分布规律。2004-2008年中国草地NPP总体呈现增加趋势,其总量增加了23.0%。草地NPP年均值在不同植被类型中差异显著,分布规律与CSCS划分草地类的K和∑θ密切相关。总之,改进后的CASA模型模拟精度较高,实现了草地NPP模拟与草地分类的相互关联。     

集成遥感数据的陆地净初级生产力估算模型研究综述

净初级生产力(NPP)是衡量碳循环、指导土地利用、评估生态安全、指示环境变化、反映粮食安全等的重要参量,其估算受模型构建机理和生态系统关键地表参数输入的影响。近年来,随着遥感数据的不断丰富和遥感处理技术的快速发展,集成遥感数据的NPP估算模型相较于仅采用气候、土壤等传统观测数据的非遥感模型,在分析时空异质性等方面的优势日益凸显。本文基于Web of Science和CNKI两大数据库,采用文献统计分析方法,系统回顾NPP研究概况及国内外集成遥感数据的NPP估算模型的近期进展;并将集成遥感数据进行NPP估算的模型分为统计模型、光能利用率模型、过程模型及耦合模型四类;重点阐述了各类遥感估算模型的机理、差异性、适宜性及局限性;最后,在分析NPP遥感估算面临困境和科学挑战的基础上,从机理与影响因素、数据基础、参数反演、时空尺度拓展、软硬件支撑等方面对未来研究进行了展望。     

基于遥感的中国陕北地区近20年耕地变化及其对农田生产力影响的定量评估

本文以中国退耕还林生态工程重点区域陕北地区作为研究区,对比其前后两个10年的耕地资源空间分布格局,并进一步分析耕地变化对农田生产力的影响。论文基于中高分辨率卫星遥感数据,经人机交互目视解译并结合实地验证,生成陕北地区1990、2000和2010年耕地现状以及前后两个10年耕地变化时空监测数据集。进而运用光能利用率遥感模型,结合中分辨率、长时间序列卫星遥感数据估算陕北地区农田净初级生产力,分析耕地变化对农田生产力的影响。结果表明,陕北地区耕地面积及其生产力在研究期前10年小幅增长,后10年明显减少。耕地增加的主要原因是为满足当地人口的粮食需求以及弥补城市建设对耕地的占用,大面积草地和未利用地被开垦。耕地减少的最主要原因是生态退耕,城市化也是耕地减少的原因之一。总体而言,20年来陕北地区耕地资源总面积净减少42.56%;受耕地面积变化的影响,同期农田净初级生产力下降了41.90%。研究对于评估陕北地区耕地安全和粮食安全,指导区域土地利用科学规划具有重要意义。     

基于植被动态模式预估中国植被净初级生产力变化格局

本文选用部门间影响模式比较计划（ISI-MIP）提供的6个植被动态模式数据,对比遥感反演值计算了各模式在中国不同植被区的拟合优度,评估了模式的适用性;并提出了以拟合优度为权重的区域年均净初级生产力（NPP）算法,有效解决了已有研究由于数据和方法的不同而对中国NPP估算效果较差的问题。结合两种浓度路径下（RCP2.6和RCP6.0）的模式估算结果,评估了未来30 中国NPP的变化格局。结果表明：单个模式数据对中国大部分区域NPP的拟合效果较差（R² < 0.4）,所计算的中国平均NPP整体偏高33%~97%,但能较为准确地反映空间上从东南向西北递减的趋势。通过加权合成的新序列整体拟合优度为0.86,在单一植被区的拟合优度也基本大于0.3,能更好地反映未来NPP的变化格局。未来中国平均NPP仍将保持由东南向西北递减的分布,中国均值呈波动增长状态,在2035年达到8.8 μg/(m² s),2050年达到9.7 μg/(m² s)左右。随着时间的推移,RCP2.6路径下主要增长区将由南方地区向北偏移,在华北地区增长变显著,在西南、中南地区增速变慢,显著增长的面积变小;在RCP6.0路径下主要增长区将向东北、东南和西部地区退缩,中东部地区增长变不显著。研究发现高浓度路径对2016—2025年间植被NPP的增长主要起促进作用,但在2035—2050年间开始起抑制作用。同时,高浓度路径下NPP的空间分布将变得更加极端,特别是位于青藏高原西北部的高寒荒漠、温性荒漠及灌木半灌木荒漠将增长缓慢或不增长。