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.     

中国陆地净初级生产力的季节变化研究

了解不同季节陆地净初级生产力(NPP)的变化及与气候的相互关系以及在不同地类的差异对深刻理解我国陆地生态系统对全球气候变化的响应和陆地碳循环研究具有重要意义。本文使用1981～2000年间GLO-PEM模型模拟的我国陆地NPP数据和同期气温、降水以及土地利用数据, 研究不同季节我国陆地植被NPP的变化。结果表明,在1981～2000年期间,四个季节的NPP都呈显著增加趋势,春季是NPP增加速率最快的季节,夏季是NPP增加量最大的季节。耕地在春、夏和秋季NPP增长和增长率最高,林地冬季NPP增长最多而水域冬季NPP增长率最高。夏季NPP增长最高的区域分布于我国东部的多数地区、内蒙古东部、四川盆地、贵州东部、藏南和新疆西部;夏季NPP降低最多的区域分布于在呼伦贝尔高原、鄂尔多斯高原、黄土高原、青藏高原东部和新疆西北部。     

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。     

南大洋净初级生产力的时空变化及影响因素分析

南大洋作为全球大洋中重要的碳汇区,分析其净初级生产力(NPP)的分布及变化趋势对气候变化研究具有重要的意义。利用2003—2016年的南大洋NPP数据分析其空间分布情况、季节变化特征及近期变化,并结合海表面温度(SST)和海冰覆盖率(SIC)数据分析两者对NPP的影响。结果表明:①南大洋不同海域年均NPP的范围为64.0—2.26×10^5 mg C·m^–2·a^–1,印度洋扇区、大西洋扇区和太平洋扇区的NPP分别为0.568Gt C·a^–1、0.431 Gt C·a^–1和0.262 Gt C·a^–1;②南大洋NPP在南极大陆近岸海域及威德尔海海域较低,在低纬度岛屿附近和南极大陆部分冰架前缘海域较高;③由于太阳辐射的季节变化,南大洋NPP具有明显的季节变化规律,1月份最高(293.27 Tg C),6月份达到最低值(0.004 Tg C);④2003—2016年大西洋扇区及太平洋扇区的NPP总量变化不具有统计学上的显著性,只在印度洋扇区具有显著的上升趋势;⑤不同扇区NPP的变化趋势主要与SST和SIC的变化有关。     

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。     

云南省自然植被净初级生产力的时空分布特征

基于气候生产力模型,利用1960～2000年127个气象站气温、降水资料以及植被信息,对云南省自然植被净初级生产力的时空分布特征进行了分析。结果表明:41a云南自然植被年均NPP为4.23×108tDM/a,约占全国自然植被年均NPP总量的11.4%;单位面积的平均NPP为10.64tDM/(hm2·a),是全国平均水平的2.8倍。云南自然植被NPP随着纬度、经度和海拔高度的增加均呈现下降趋势,变化总趋势为北部<中部<南部,东部<中部<西部。云南自然植被NPP在干季(11～4月)和雨季(5～10月)差异显著,6～8月最大;41a来云南大部分地区自然植被NPP呈现上升趋势,20世纪70、80年代比60年代有所下降,90年代有所上升。气温增加,降水增加或不变的情况下,滇西北和滇东北NPP增加幅度大于其他地区,说明这些地区气温是制约自然植被NPP的主要因素;气温增加,降水减少的情况下,几个少雨区和多雨区NPP降低幅度大于其他地区,表明在上述地区限制NPP的主要因素是水分。     

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…     

梭梭荒漠生态系统：Ⅰ初级生产力及其群落结构的动态变化

通过对梭梭荒漠群落的种类组成、垂直结构、水平结构、季相及梭梭当年生绿色同化枝和草本层的地上植物量的研究，表明在以小半乔木梭梭占主导地位的群落中，丰富的短生植物及长营养期一年生植物均得到较好的发育，说明该群落具有由中亚荒漠向亚洲中部荒漠过渡的性质。而大量单种属或寡种属出现，反映出了梭梭群落具有干旱植物区系的明显特征，与整个新疆植被荒漠植物区系的特征相一致。梭梭群落中建群层片的种类单一，与北疆其它荒漠植被类型相似，而伴生植物的种类组成比其它类型丰富，特别是短生植物及长营养期一年生植物种类较多。初级生产力分别与梭梭当年生绿色同化枝的萌发、生长和脱落，短生植物的迅速生长和死亡，以及长营养期一年生植物的生长有密切关系，分别在５月下旬、６月下旬和８月上旬达到高峰。梭梭当年生绿色同化枝的植物量在其整个群落初级生产力的构成中作用明显。是整个群落初级生产力的７２．３％～８５．８％。     

干旱生态系统净初级生产力估算及变化探测

针对中国西部干旱区特有的气候-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,尝试通过对干旱覆被植被灌层结构进行解析而解决因植被区系差异和环境背景干扰的问题,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,并以中国西部干旱区喀什地区叶尔羌-喀什噶尔河流域山地-绿洲-荒漠生态系统为案例,利用AVHRR/NOAA气象卫星遥感数据和气候资料估算了1992年和1998年中国西部喀什地区叶尔羌-喀什噶尔河流域山地-绿洲-荒漠生态系统1 km分辨率年净第一性生产力,并进行了变化探测分析。模拟检验结果精度较好,生态系统碳吸收的空间异质性特征明显。结果表明,考虑了干旱植被生理特征和灌层结构的光能利用模型,模拟结果较为合理,也为引入其他生态模型应用到干旱区生态系统研究提供了借鉴,从而为干旱区陆地生态系统碳循环研究开辟了途径。     

澜沧江下游流域植被净初级生产力(NPP)时空变化及其驱动因素分析

利用遥感、地形、气候等数据,采用CASA模型对研究区2000年、2010年和2018年3月、7月、11月的NPP值进行估算,结果表明:(1)相对于2000年,2010年的NPP值呈下降趋势,2010年到2018年又向较好趋势发展,且NPP值在3个时期的年内变化均为7月＞3月＞11月;(2)NPP低值区主要分布在下游流域...     

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.     

三江源植被净初级生产力估算研究进展

植被净初级生产力（NPP）作为重要的植被参数和生态指标,能够直观地反映生态环境的变化和区域碳收支水平。鉴于三江源特殊的地理环境和战略地位,众多学者曾应用不同的方法对三江源植被NPP进行了估算,但是由于各方面原因,NPP估算结果存在较大差异。目前,虽在三江源地区开展了大量NPP估算研究,但尚未有相关文章对这些研究进行汇总并加以分析和评价。因此,本文在前人研究成果的基础上,通过综述已有文献,对三江源植被NPP估算的相关方法与结果进行了系统地总结,探讨不同方法在三江源地区的适用性,指出已有方法存在的主要问题,并对现有NPP估算结果进行评估分析,最后提出了未来三江源NPP估算研究亟待加大研究力度的方向。     

气候变化和人类活动对盐池县植被净初级生产力的影响

为定量区分退耕还林还草背景下北方典型农牧交错带植被变化过程中气候变化和人类活动的相对贡献率,以宁夏盐池县2000—2020年植被变化为研究对象,基于MODIS13Q1-NDVI数据、地表覆盖数据和气象数据,采用Thornthwaite纪念模型和CASA（Carnegie-ames-stanford approach）模型分别估算了逐年的潜在净初级生产力（Potential net primary productivity, PNPP）和实际净初级生产力（Actual net primary productivity, ANPP）。综合运用趋势分析、相关分析和差值比较法分析了2000—2020年盐池县净初级生产力（Net primary productivity, NPP）时空变化特征及其驱动力,并定量确定了气候因子和人类活动对盐池县植被变化的相对贡献率。结果表明：（1） 在2000—2020年盐池县NPP总体呈上升趋势,但存在着显著的空间异质性,主要表现为植被NPP改善区面积远大于NPP退化区面积,且改善或退化程度也存在显著的空间分异。植被改善区主要分布于荒漠、荒漠草原等退耕还林还草工程区域和灌溉区,而植被退化区则分布于荒漠和荒漠草原的边缘地带。（2） 植被变化归因分析表明,在植被改善区,气候变化和人类活动共同主导驱动了植被的改善,但气候变化的相对贡献率（59.77%）大于人类活动的相对贡献率（40.23%）,而在植被退化区,人类活动的相对贡献率（91.77%）则显著高于气候变化的相对贡献率（8.23%）。（3） 驱动力分析表明,研究区植被NPP变化与降水量呈显著正相关,而与气温的相关性较弱;而人类活动是驱动植被退化区NPP下降的主要原因,但负向影响力有所减弱。总体而言,气候变化是植被改善区的主要驱动力,而人类活动是植被退化区的主要驱动因素,两者共同作用则使盐池县整体生态环境得以改善。     

天山北坡土地利用/覆被及生态系统服务功能变化

土地利用/覆被变化及其生态效应是生态环境演变最重要的因素之一,其研究对于促进区域生态经济协调发展有重要意义。以天山北坡土地利用/覆被数据为基础,分析了土地利用/覆被与生态系统服务功能的时空特征及其差异。结果表明:1989年到2000年研究区草地、未利用土地面积明显减少,其它类型土地面积在增加,奇台县土地利用变化动态度最高,乌鲁木齐最低;区域生态系统服务功能从1989年的31 993.31×106元增加到2000年的32 126.27×106元,增加量为132.96×106元,增长率为0.42%,其中,增长最多的是奇台县,下降最大的是玛纳斯县;山前倾斜平原圈是土地利用/覆被变化与生态系统服务功能价值变化的集中区域。天山北坡生态系统服务价值没有降低不能说明生态环境得到了良好的维护与保育,将来区域发展必须加强生态环境保护力度。     

A systematic review of research studies on the estimation of net primary productivity in the Three-River Headwater Region,China

The Three-River Headwater Region (TRHR), known as the “Water Tower of China”, is an important ecological shelter for national security interests and regional sustainable development activities for many downstream regions in China and a number of Southeast Asian countries. The TRHR is a high-elevation, cold environment with a unique, but typical alpine vegetation system. Net primary productivity (NPP) is a key vegetation parameter and ecological indicator that can reflect both natural environmental changes and carbon budget levels. Given the unique geographical environment and strategic location of the TRHR, many scholars have estimated NPP of the TRHR by using different methods; however, these estimates vary greatly for a number of reasons. To date, there is no paper that has reviewed and assessed NPP estimation studies conducted in the TRHR. Therefore, in this paper, we (1) summarized the related methods and results of NPP estimation in the TRHR in a systematic review of previous research; (2) discussed the suitability of existing methods for estimating NPP in the TRHR and highlighted the most significant challenges; and (3) assessed the estimated NPP results. Finally, developmental directions of NPP estimation in the TRHR were prospected.     

Modeling net primary productivity of the terrestrial ecosystem in China from 1961 to 2005简

Net primary productivity （NPP） is the structure and function of the ecosystem. NPP can most important index that represents the be simulated by dynamic global vegetation models （DGVM）, which are designed to represent vegetation dynamics relative to environ- mental change. This study simulated the NPP of China＇s ecosystems based on the DGVM Integrated Biosphere Simulator （IBIS） with data on climate, soil, and topography. The appli- cability of IBIS in the NPP simulation of China＇s terrestrial ecosystems was verified first. Comparison with other relevant studies indicates that the range and mean value of simula- tions are generally within the limits of observations; the overall pattern and total annual NPP are close to the simulations conducted with other models. The simulations are also close to the NPP estimations based on remote sensing. Validation proved that IBIS can be utilized in the large-scale simulation of NPP in China＇s natural ecosystem. We then simulated NPP with climate change data from 1961 to 2005, when warming was particularly striking. The following are the results of the simulation. （1） Total NPP varied from 3.61 GtC/yr to 4.24 GtC/yr in the past 45 years and exhibited minimal significant linear increase or decrease. （2） Regional differences in the increase or decrease in NPP were large but exhibited an insignificant overall linear trend. NPP declined in most parts of eastern and central China, especially in the Loess Plateau. （3） Similar to the fluctuation law of annual NPP, seasonal NPP also displayed an insignificant increase or decrease; the trend line was within the general level. （4） The re- gional differences in seasonal NPP changes were large. NPP declined in spring, summer, and autumn in the Loess Plateau but increased in most parts of the Tibetan Plateau.     

中国北方农牧交错带城市扩展过程对植被净初级生产力影响研究——以呼包鄂地区为例

评价中国北方农牧交错带城市扩展过程对植被净初级生产力（Net Primary Productivity,NPP）的影响是揭示区域城市扩展过程生态效应的基础。以正在经历快速城市化的呼包鄂地区为例,基于空间分辨率为30 m的土地利用/覆盖数据,评价了该地区2000-2015 年城市扩展过程对NPP的影响。研究结果表明,呼包鄂地区城市扩展导致NPP明显增加,2000-2015 年城市扩展区域NPP均值从429.67 NDVI·PAR增加到489.71 NDVI·PAR,增加了13.97%。呼包鄂地区以城市土地占用草地为主要特征的城市扩展方式是城市扩展区域NPP增加的主要原因。