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基于GIS和RS的青藏高原海北高寒草甸CO_2通量的空间格局研究

宋婷  
【摘要】: 陆地生态系统碳循环是全球变化研究的核心内容之一,而陆地生态系统生产力是碳循环研究中的重要组成部分。基于涡度相关技术的植被与大气间CO_2、H_2O和能量通量的长期连续观测为人们深入研究陆地生态系统碳循环与全球变化的相互关系提供了便利的条件。这些观测数据虽然具有很高的时间连续性,可是观测站只能局限于离散、稀疏的有限空间的点,空间连续性很差,不可能直接得到区域尺度的有关参数。所以,在当前的全球碳循环研究中,对这些通量塔观测资料进行定量化的尺度外推和尺度扩展的研究显得尤为重要。要实现对区域即大尺度的碳通量定量化估算这一目标,关键在于RS、GIS技术和数学模型的融合。本研究以青藏高原典型高寒草甸为研究案例,进行通量站点观测数据的尺度外推尝试。 (1)建立青藏高原的空间数据集,包括16天合成的NDVI、16天累积降水和16天平均光合有效辐射。其中,NDVI原始数据来自于美国国家航空(NOAA)和宇宙航行局(NASA)的数据网站“Earth Observing System Data Gateway”。我们对原始的16天合成的NDVI又做了进一步除噪处理。其次,16天尺度的降水量和光合有效辐射数据来源于中国国家气象局的逐日降雨和太阳总辐射数据,我们用AUSPLIN模型对他们进行空间化插值处理。 (2)基于海北金露梅灌丛通量观测资料,分析了该站点通量组分(总初级生产力(Global Primary Production,GPP);生态系统呼吸(Ecosystem Respiration,Re);CO_2净交换量(Net Ecosystem Exchange,NEE))的季节变化特征,以及这些通量组分与归一化差分植被指数NDVI的关系,为半经验统计模型的构建建立基础。结合通量组分、NDVI和其他影响因子(降水、光合有效辐射)建立适合该站点的统计模型,并在站点上进行模型的验证。验证结果表明,我们建立的模型能较好地模拟该站点的通量组分特征。 (3)利用生长季期间的NDVI时间序列数值,在1:100万中国草地资源数据的基础上进行聚类运算,在典型高寒草甸区域上划分出与海北通量观测塔所在处具有相似NDVI时间动态变化的区域,将此区域作为我们的通量扩展区域。最终划分出的区域面积为20.2万平方公里,主要位于青藏高原东南部。 (4)以ArcGIS为区域模型运算平台,进行扩展区域通量组分的模拟,区域内2003年全年平均GPP为100 gCO_2/m~2,即27.27 gC/m~2,GPP总量为5.51TgC;平均NEE为:-12.39g CO_2/m~2,表现为一个微弱的碳源。全年NEE总量为:-0.68Tgc。在整个区域范围内,2003年全年NEE呈现出从东南部边缘向东南部内部递增的趋势。


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