南方草地生态系统生产力时空格局及与水热因子关系分析
摘要：利用MODIS NDVI数据、气象数据和植被分类数据，基于改进的光能利用率模型CASA 模型对2001-2010年中国南方草地生态系统净初级生产力（NPP）进行估算，并分析其时空分布特征及对气候因子的响应。结果表明：(1)10年间中国南方草地年NPP的平均值为197.5gCm-2a-1，且空间分布总体呈现出南高北低，由南到北递减的分布特征。十年间NPP呈增长趋势，年平均增长率为2.84。（2）不同草地类型NPP有所不同，稀疏灌丛、多树草原、稀树草原、典型草原、永久湿地10年NPP平均值分别为166.3gCm-2a-1、205.1gCm-2a-1、208.4gCm-2a-1、192.4gCm-2a-1、198.8gCm-2a-1。（3）2001-2010年中国南方草地NPP主要受温度影响，水分对其影响不大。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
前言 2
1材料与方法 2
1.1研究区概况 2
1.2数据来源及预处理 3
1.3 NPP 估算模型 3
1.3.1 APAR的估算 3
1.3.2光能利用率的估算 4
1.4 NPP变化动态分析 4
1.4.1 NPP年际变化率的计算 4
1.4.2 NPP与水热因子相关性的计算 4
2结果与分析 5
2.1南方草地NPP 的时间变化 5
2.2南方草地NPP的空间分布 13
3小结与讨论 17
3.1南方草地NPP 模拟结果对比 17
3.2气候变化对南方草地NPP变化的驱动作用 17
3.2.1温度 17
3.2.2降水 18
3.3结论 18
致谢 19
参考文献 19
南方草地生态系统生产力时空格局及与水热因子关系分析
引言
前言
草地是陆地生态系统的重要组成部分，起到调节全球碳平衡，维持全球气候稳定，缓解温室效应带来的相关影响的作用[1]。草地植被净第一
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
生产力（Net Primary Productivity，简称NPP）是指在一定时间和面积上草地绿色植物能够累积的所有有机干物质之和[2]，是表征草地植被活动的重要变量，同时NPP 也是判定植被生产能力大小、衡量生态系统对大气中碳的吸收能力高低和对生态过程的调控能力的重要指标，因此，NPP被认为是一项衡量碳循环和碳平衡的十分重要的指标[3]。
许多国内以及国际上的学者们对植被NPP进行了大量的研究，并获得了一些进展[47]。原始的方法是通过地面上分布的观测点的实际测量的数据，根据待测区域内的每种植被类型以及该类型的实际测量数据计算该种植被生产力的平均值，然后乘以此类型的分布面积，得到此类型的总估计值，最后对各种类型植被的生产力进行求和计算该区域内的植被生产力。这种方法不但耗费大量时间，而且测量成本也较高，不适用于对大尺度区域的NPP进行观测计算。这样，通过模型计算NPP成为了一种较为可行的方法。从模型建立之初到目前为止，关于NPP的估算模型一共大约有20种模型。Girardin等[8]把目前有的NPP模型大致分为三大块：统计模型（或气候相关模型），参数模型（或光能利用率模型）和过程模型（或机理模型）。针对植物生态学特征及对环境反应的特点，美国和荷兰学者率先建立了一些过程模型，BIOMEBGC 模型、BIOME3模型等。尽管他们已经对这类模型的机理十分了解，并且有着权威的理论支持，但是由于该类模型本身的结构缺陷，需要采集非常多的参数来计算，使得计算起来十分复杂，并且这些参数很难在区域尺度大的地区获得。近20年来，随着遥感和GIS技术的快速发展为快速并且科学地估算区域植被净第一生产力提供了新的路径，主要的研究方法是将卫星遥感参数导入模型。该类模型主要有GLOPEM、AVIM、CASA等。其中以RS和GIS为技术支持的CASA模型是通过植被归一化植被指数值、太阳总辐射值以及温度、降水量等气象资料对一定区域范围的NPP进行科学估算的模型，CASA模型在对一定区域甚至全球的NPP估算十分准确，全世界范围内越来越多的学者使用CASA模型 [912]。
利用CASA模型对草地生态系统NPP模拟的报道并不多见，现有的研究主要集中在对植被NPP的模拟等方面。本研究针对当前研究较为空白的中国南方草地生态系统，利用改进的CASA模型对NPP进行遥感估算，研究方法科学，内容创新，对南方生态环境监测和气候变化研究具有一定的现实意义。
1材料与方法
1.1研究区概况
本文以中国南方区域为研究对象，该区域主要指的是秦岭—淮河一线以南的中国陆地区域，主要包括江苏省、安徽省、浙江省、湖北省、湖南省、江西省、福建省、云南省、贵州省、四川省、广东省、广西省、海南省等13个省份，西藏自治区的东南部，重庆、上海两个直辖市，香港、澳门两个特别行政区以及台湾。其经度分布范围从90°E到125°E，纬度分布范围从15°N到35°N，该区域区总面积为3.29ｘ106km2，气候湿热，是典型的亚热带季风气候区与热带季风气候区。
1.2数据来源及预处理
本研究利用MODIS数据、中国南方草地分布图、和气象数据估算CASA模型的五个重要参数（太阳总辐射、草地植被对光合有效辐射的吸收比例、植被最大光能利用率、温度胁迫影响因子和水分胁迫影响因子），进一步估算并建立南方草地生态系统的时间序列数据集，最后对NPP的时空变化进行分析。
本文所使用的MODIS数据来自美国NASA的EOS/MODIS 的2000、2004、2008年3期MOD13A1的500m分辨率的植被指数产品。IGBP（国际地圈生物圈计划）将土地覆盖定义为17类，南方草地分布图是在土地利用与覆盖变化产品数据MOD13A1的基础上，根据IGBP的分类方案，将稀疏灌丛（open shrublands）、多树草原(woody savannas)、稀树草原(savannas)、典型草原(grasslands)、永久湿地(permanent wetlands)划归为南方5种草地类型，在此基础上形成南方草地分布图。气象数据是从中国气象科学数据共享服务网（http://cdc.cma.gov.cn）下载的月数据产品，通过克里金(Kriging)插值的方法生成南方栅格化的气象数据。
1.3 NPP 估算模型
本文采用朱文泉等[13]改进的CASA模型利用植被遥感原理，通过遥感计算的归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）计算得到植被对光合有效辐射的吸收系数FPAR（Fractional Photosynthetically Active Radiation），再利用太阳总辐射PAR（Photosynthetically Active Radiation）和FPAR计算植被吸收的光合有效辐射APAR(Absorbed Photosynthetic Active Radiation），进行估算NPP。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
前言 2
1材料与方法 2
1.1研究区概况 2
1.2数据来源及预处理 3
1.3 NPP 估算模型 3
1.3.1 APAR的估算 3
1.3.2光能利用率的估算 4
1.4 NPP变化动态分析 4
1.4.1 NPP年际变化率的计算 4
1.4.2 NPP与水热因子相关性的计算 4
2结果与分析 5
2.1南方草地NPP 的时间变化 5
2.2南方草地NPP的空间分布 13
3小结与讨论 17
3.1南方草地NPP 模拟结果对比 17
3.2气候变化对南方草地NPP变化的驱动作用 17
3.2.1温度 17
3.2.2降水 18
3.3结论 18
致谢 19
参考文献 19
南方草地生态系统生产力时空格局及与水热因子关系分析
引言
前言
草地是陆地生态系统的重要组成部分，起到调节全球碳平衡，维持全球气候稳定，缓解温室效应带来的相关影响的作用[1]。草地植被净第一
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
生产力（Net Primary Productivity，简称NPP）是指在一定时间和面积上草地绿色植物能够累积的所有有机干物质之和[2]，是表征草地植被活动的重要变量，同时NPP 也是判定植被生产能力大小、衡量生态系统对大气中碳的吸收能力高低和对生态过程的调控能力的重要指标，因此，NPP被认为是一项衡量碳循环和碳平衡的十分重要的指标[3]。
许多国内以及国际上的学者们对植被NPP进行了大量的研究，并获得了一些进展[47]。原始的方法是通过地面上分布的观测点的实际测量的数据，根据待测区域内的每种植被类型以及该类型的实际测量数据计算该种植被生产力的平均值，然后乘以此类型的分布面积，得到此类型的总估计值，最后对各种类型植被的生产力进行求和计算该区域内的植被生产力。这种方法不但耗费大量时间，而且测量成本也较高，不适用于对大尺度区域的NPP进行观测计算。这样，通过模型计算NPP成为了一种较为可行的方法。从模型建立之初到目前为止，关于NPP的估算模型一共大约有20种模型。Girardin等[8]把目前有的NPP模型大致分为三大块：统计模型（或气候相关模型），参数模型（或光能利用率模型）和过程模型（或机理模型）。针对植物生态学特征及对环境反应的特点，美国和荷兰学者率先建立了一些过程模型，BIOMEBGC 模型、BIOME3模型等。尽管他们已经对这类模型的机理十分了解，并且有着权威的理论支持，但是由于该类模型本身的结构缺陷，需要采集非常多的参数来计算，使得计算起来十分复杂，并且这些参数很难在区域尺度大的地区获得。近20年来，随着遥感和GIS技术的快速发展为快速并且科学地估算区域植被净第一生产力提供了新的路径，主要的研究方法是将卫星遥感参数导入模型。该类模型主要有GLOPEM、AVIM、CASA等。其中以RS和GIS为技术支持的CASA模型是通过植被归一化植被指数值、太阳总辐射值以及温度、降水量等气象资料对一定区域范围的NPP进行科学估算的模型，CASA模型在对一定区域甚至全球的NPP估算十分准确，全世界范围内越来越多的学者使用CASA模型 [912]。
利用CASA模型对草地生态系统NPP模拟的报道并不多见，现有的研究主要集中在对植被NPP的模拟等方面。本研究针对当前研究较为空白的中国南方草地生态系统，利用改进的CASA模型对NPP进行遥感估算，研究方法科学，内容创新，对南方生态环境监测和气候变化研究具有一定的现实意义。
1材料与方法
1.1研究区概况
本文以中国南方区域为研究对象，该区域主要指的是秦岭—淮河一线以南的中国陆地区域，主要包括江苏省、安徽省、浙江省、湖北省、湖南省、江西省、福建省、云南省、贵州省、四川省、广东省、广西省、海南省等13个省份，西藏自治区的东南部，重庆、上海两个直辖市，香港、澳门两个特别行政区以及台湾。其经度分布范围从90°E到125°E，纬度分布范围从15°N到35°N，该区域区总面积为3.29ｘ106km2，气候湿热，是典型的亚热带季风气候区与热带季风气候区。
1.2数据来源及预处理
本研究利用MODIS数据、中国南方草地分布图、和气象数据估算CASA模型的五个重要参数（太阳总辐射、草地植被对光合有效辐射的吸收比例、植被最大光能利用率、温度胁迫影响因子和水分胁迫影响因子），进一步估算并建立南方草地生态系统的时间序列数据集，最后对NPP的时空变化进行分析。
本文所使用的MODIS数据来自美国NASA的EOS/MODIS 的2000、2004、2008年3期MOD13A1的500m分辨率的植被指数产品。IGBP（国际地圈生物圈计划）将土地覆盖定义为17类，南方草地分布图是在土地利用与覆盖变化产品数据MOD13A1的基础上，根据IGBP的分类方案，将稀疏灌丛（open shrublands）、多树草原(woody savannas)、稀树草原(savannas)、典型草原(grasslands)、永久湿地(permanent wetlands)划归为南方5种草地类型，在此基础上形成南方草地分布图。气象数据是从中国气象科学数据共享服务网（http://cdc.cma.gov.cn）下载的月数据产品，通过克里金(Kriging)插值的方法生成南方栅格化的气象数据。
1.3 NPP 估算模型
本文采用朱文泉等[13]改进的CASA模型利用植被遥感原理，通过遥感计算的归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI）计算得到植被对光合有效辐射的吸收系数FPAR（Fractional Photosynthetically Active Radiation），再利用太阳总辐射PAR（Photosynthetically Active Radiation）和FPAR计算植被吸收的光合有效辐射APAR(Absorbed Photosynthetic Active Radiation），进行估算NPP。
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