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应用MODIS遥感信息评估华北平原植被净第一性生产力(NPP)

曲辉  
【摘要】:植被作为陆地生态系统中不可或缺的一部分,在全球变化研究中占有举足轻重的地位。净第一性生产力(NPP)的研究有助于碳循环和碳动态的研究,其敏感性对全球气候系统有着重要的影响。利用遥感数据进行大范围的植被净第一性生产力估算有助于对全球碳存储、碳循环和碳平衡变化的理解。 研究中运用多时相的遥感信息和气象资料,在地理信息系统的支持下,综合生态学信息开展了华北平原植被净第一性生产力研究。本文的主要工作和结论如下: (1) 本文采用的光合与呼吸作用模型是从物质—能量转化—能量平衡理论出发对作物环境以及作物生长、发育、产量形成过程中的光合、呼吸等植物生理、生化过程进行数学模拟。华北平原易发生春旱,故在前人工作的基础上,改进了水分亏缺指数(EWDI),并以此作为研究时段的水分影响因子。模型如下: 式中,Pc为冠层日总光合速率;Rd为暗呼吸速率;(为初始量子效率;I为某一时刻光合有效辐射;Pmax为最大光合效率;θ为凸度;LAI为叶面积指数;t为时间;Ts为地表温度;Ta为空气温度;a0 为系数;Vm为单位叶片面积的Rubisco酶的最大催化能力。 (2) 采用500 m空间分辨率的中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据,该数据具有较高光谱分辨率和高时间分辨率,比较适合监测区域范围的植被。在比较归一化植被指数(NDVI)和增强型植被指数(EVI)的优缺点基础上,反演植被覆盖度及EWDI。并在此基础,应用MODIS数据估算了华北平原植被NPP,这是对MODIS数据应用的有益探索。实践证明EVI是 WP=57 对NDVI的继承和改进,更适合监测植被状况,但对EVI性能的改善和检验,有待进一步研究。   (3) 华北平原的NPP分布趋势呈南高北低,NPP空间分布与气候、植被的空间格局紧密相关。华北平原植被NPP在2000年3月-4月间最大值为994.21 gC/m2,NPP最小值为7.80 gC/m2,差异较大,NPP时空变化较复杂。 (4) 通过对NPP与光照、温度、降水关系的研究,可以看出华北平原光能资源丰富,对NPP影响较小;温度决定植被空间分布,对NPP影响也不大;降水量时空分布不均、变化大,是形成NPP的主要限制因子。因此水分亏缺越严重的地区,也就是增产潜力越大的地区,采取适当措施,减少或消除水分的限制,是该地区农业生产的主要任务。


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