青海省植被净初级生产力(NPP)时空格局变化及其驱动因素

植被净初级生产力(NPP)作为陆地生态过程的关键参数,不仅用以估算地球支持能力和评价陆地生态系统的可持续发展,也是全球碳循环的重要组成部分和关键环节。基于2000—2014年MOD17A3年均NPP数据和气象站点气温、降水资料,采用简单差值、趋势分析、相关性分析和Hurst指数等方法,分析了青海省NPP的时空变化特征及其与气候因子的关系。结果表明:①青海省植被年均NPP在2000—2014年间整体分布呈现由南到北、由东到西递减的趋势,各生态区的空间存在显著差异,表现为Ⅱ区>Ⅰ区>Ⅲ区>Ⅳ区>Ⅴ区。②2000—2014年,青海省NPP变化趋势由北到南、由西到东呈现逐渐增加趋势,平均趋势系数为0.61,NPP值增加的区域占总面积的15%,其中显著增加区域为2.8%,轻度增加区域为12.2%。③青海省NPP值的Hurst的值域范围为0—0.39,均值为0.12,除了河流湖泊,建筑用地和未利用土地,青海省NPP变化特征为反持续性特征。④气候因子(年平均降水量和年均气温)对年均NPP的分布有影响,海拔的高低造成气温、降水和土壤的差异,间接影响植被NPP,15年土地利用/覆被变化(LUCC)表现为草地面积减少最多,这是导致NPP减少的主要原因。

不同人为干扰对草原植物与群落净初级生产力的影响

通过对内蒙古草原植物和群落的研究，探讨了火烧和放牧等人为干扰对草原净初级生产力的影响，从能量的角度得出并验证了以下结论：１． 长期过度放牧使绝大多数植物个体发育受到明显抑制，单位重量含能值降低，植物与群落的初级生产力也显著降低．２． 轻度放牧可以刺激植物的补偿性生长，群落的生物多样性增加，并使其初级生产力保持稳定．３． 火烧能有效提高群落净初级生产力。

21世纪北半球中高纬度净初级生产力(NPP)变化及其与气候因子之间的关系

基于CMIP5模式模拟的净初级生产力(NPP),对21世纪初期(2016-2035年),中期(2046-2065年)和末期(2080-2099年)三种排放情景下(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)北半球中高纬度陆地NPP的时空变化进行了预估,并结合气候因子分析了NPP的变化和气温、降水、辐射之间的关系.结果表明:相对于1986-2005年,21世纪北半球中高纬度陆地NPP呈增加趋势,RCP8.5情景下NPP的增加比RCP2.6和RCP4.5情景下更为明显;在季节变化上,北半球中高纬度NPP也以增加为主,且NPP在夏季,尤其是6月增加最显著.NPP对气候变化的响应存在明显的区域差异性,在中低排放情景下(RCP2.6、RCP4.5),相对于1986-2005年,21世纪北半球中高纬度地区温度显著影响的范围在逐渐缩小,而辐射和降水显著影响的范围在扩大.在高排放情景下(RCP8.5),21世纪北半球中高纬度地区NPP的变化主要与温度有关.

干旱对锡林郭勒草原植被净初级生产力的影响

为了探讨干旱对锡林郭勒草原植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的影响,本文基于2000~2020年12个月尺度的标准化降水蒸散指数(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index,SPEI)和同一时期的MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)NPP数据,运用Theil-Sen趋势分析和Mann-Kendall非参数检验方法对干旱与NPP时空变化特征进行分析,并采用相关分析方法探讨干旱对锡林郭勒草原NPP的影响。结果表明:锡林郭勒草原气候整体呈湿润趋势,东部较西部更为明显;NPP呈增加趋势,由东北向西南递减;SPEI与NPP呈正相关的面积达99.88%,说明植被状况随着干旱的缓解整体趋于好转;时间上,SPEI与不同植被类型NPP均呈显著正相关,其中相关性最大的是典型草原;干旱的发生会造成NPP损失,其减少幅度随干旱强度和面积的增加而上升。研究结果可为应对气候变化、抗灾减灾等工作提供科学依据。

中国北方农牧交错带净初级生产力时空分异特征

为了解我国北方农牧交错带自然环境条件下的植被群落生产能力.基于2000—2020年的遥感数据和气象数据,利用光能利用率模型(CASA)估算了北方农牧交错带内植被净初级生产力(NPP),并对时空特征变化进行分析.结果表明:(1)北方农牧交错带内多年年均植被NPP,在东北部呈中间低四周高的分布;而在中南部植被NPP的分布呈现自南、东南向北、西北减少的分布特征.(2)2000—2020年北方农牧交错带单位面积年均植被NPP为234.33 gCm^(-2)a^(-1),年均植被NPP总量为167.90×10^(12)gCm^(-2)a^(-1).(3)研究时间段内植被NPP变化以波动增加为主,其变化范围190.91~284.09 gCm^(-2)a^(-1);与2000年相比,2020年NPP增加了42.05%.(4)植被NPP增加的区域占总面积的86.98%;减少的区域占总面积的2.06%.植被NPP的时空分布特征表明了中国北方农牧交错带内植被生态系统整体得到改善.

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的北部区域,中值区主要分布在中部区域,高值区主要分布在下部尤其是南部区域,且相比2000年,2018年的单位面积NPP高、低值区区域面积减小,中值区面积增加;(3)林地对区域NPP值贡献率最高,其次为草地和耕地,水域、未利用地的贡献率最低;(4)降水、气温、海拔、建设用地扩张、人口增长对NPP值影响显著。降水、气温与NPP值呈显著正相关;随着海拔增高、建设用地扩张、人口增长,NPP值下降。

2000—2020年喀什地区植被净初级生产力时空变化及其驱动因素研究

为全面且定量地掌握喀什地区植被生态系统生长变化状况,基于MODIS17A3数据集,利用趋势分析、地统计分析、相关性分析等方法,研究2000—2020年喀什地区植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的时空变化特征及其驱动因素。结果表明,近20 a喀什地区植被NPP均值为126.160 g C/(m^(2)·a),标准差为15.801 g C/(m^(2)·a);20 a喀什地区NPP整体呈缓慢增长趋势,但2010年NPP值发生突变,此次突变与降水量关系密切;喀什地区植被NPP有明显的空间自相关性和空间异质性,变异系数为0.050~4.344,莫兰指数为0.910,NPP高值较为集中地分布于水源丰富的绿洲地带。喀什地区近20 a植被生长状况持续向好,在近20 a植被NPP时空变化中,海拔、坡度和年降水量等结构型因素发挥决定性作用。

基于地理探测器的山地城市植被净初级生产力时空演变及驱动因素研究——以重庆市为例

为探究植被净初级生产力(net primary productivity,NPP)时空演变特征和主要驱动情况,本研究基于2000—2020年的GLASS-NPP数据,并结合气象、高程(digital elevation model,DEM)、人口密度、土地利用和归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)数据,采用趋势分析、相关性分析和地理探测器模型,定量研究了重庆市2000—2020年间植被NPP的时空演变和影响因子的驱动情况。结果表明:1)2000—2020年,重庆市植被NPP随时间变化呈现出波动上升的趋势,值处于567.56~756.32 g·C/m^(2)/a之间。2)在空间上呈现出“两高一低”的分布状况,全市植被NPP最高值为968.34 g·C/m^(2)/a,最低值为76.23 g·C/m^(2)/a。3)重庆市植被NPP与气温、降水之间均存在显著的相关性,相关系数的均值分别为-0.22和0.31。4)对重庆市植被NPP起主导作用的影响因子为植被覆盖因子、气温因子、海拔因子,并且任意两个因子之间的作用表现为非线性增强,表明多因子之间交互作用为协同交互。文章旨在为地方监测森林植被高质量发展和同类型城市实施生态环境保护提供科技支撑和行动参考。

不同草地类型净初级生产力(NPP)模拟及其敏感性分析

气候变化问题作为人类社会可持续发展面临的重大挑战,受到国际社会越来越强烈的关注。全球气候变化深刻影响着草地生态系统,定量评估区域和不同类型草地生态系统的生产力,研究其对气候变化的敏感性可以为草地生态系统适应未来气候变化提供基础数据和理论依据。草原综合顺序分类系统(CSCS)将天然草原分为42类(其中中国包含41类),并将其聚合为10个类组。研究利用改进Carnegie-Ames-Stanford Approach(CASA)模型模拟分析中国天然草地2004—2008年的净初级生产力(NPP)并进行系统聚类,分析了草地NPP与影响因子的相关性和敏感程度。结果表明:2004—2008年中国10个草地类组年均NPP均呈现增长趋势,其中亚热带森林草地增长最快,增长率达38.2%。温带湿润草地增长最慢,增长率为14.3%。通过聚类分析将中国41类草原的年均NPP分为3类:第1类NPP值较小,其湿润度级较低,而热量级较高;第2类NPP值较大,其热量级和湿润度级均较高,水热比适宜植被的生长;其余为第3类,其NPP值介于上述两者之间。可见,不同草地类型NPP分布规律与CSCS划分草地类型的湿润度级和热量级密切相关。草地年均NPP与>0℃年积温(Σθ)、降水量、湿润度(K)和NDVI的相关性强,与太阳辐射的相关性弱。草地类组NPP平均值对NDVI最敏感,其次为Σθ、K和降水量,敏感性最弱的为太阳辐射。草地NPP对CSCS量化分类的标准Σθ和K较为敏感,改进CASA模型在一定程度上实现了CSCS与草地生产力的耦合。

基于CASA模型的武汉市生态系统净初级生产力(NPP)遥感估算

为研究快速城市化建设地区生态系统的NPP空间分布特征,基于LANDSAT-ETM遥感影像数据和3R空间分析技术,对CASA模型进行适当改进,构建武汉市NPP估算模型,估算武汉市2013年生态系统的净初级生产力.结果表明:1)武汉市生态系统NPP总量为154.22×10^(10)g C,总体呈现远城区远高于主城区的空间分布特征,土地利用类型中林地对NPP的贡献相对最大,其中7个主城区的NPP总量为5.38×10^(10)g C,6个远城区的NPP总量为141.64×10^(10)g C,约为主城区的26倍;2)全市13个区中,NPP总量权重排名前6的区均为远城区,黄陂区植被净生产量最高(45.46×10^(10)g C),江汉区最低(0.32×10^(10)g C),两者相差142倍之多;3)单位面积NPP空间上呈现中央区域低、四周区域高的雷达辐射状的分布特征,全市生态系统单位面积平均NPP为179.76×106g C/km2,其中主城区单位面积NPP约为56×106g C/km2,远城区单位面积NPP约为186×106g C/km2,约为主城区的3.3倍;4)武汉市13个区的单位面积NPP按照大小进行排列,黄陂区>蔡甸区>新洲区>东西湖区>江夏区>汉南区>武昌区>江汉区>青山区>硚口区>江岸区>汉阳区>洪山区.研究建议武汉市远城区应注重生态农业、生态旅游业发展,主城区应高度重视生态环境保护,采取立体化、多维度的方式修建生态空间,加大生态修复力度,逐步提高城市绿地占比,为市民创造更为舒适的居住环境.

基于地形校正的植被净初级生产力遥感模拟及分析

植被净初级生产力(NPP)模拟研究对碳平衡监测及深入理解碳循环具有重要意义。高空间分辨率、短重访周期的遥感数据和地形校正成为精准模拟山区植被NPP研究的必然选择。在利用DEM数据对太阳总辐射和气温进行地形校正的基础上,估算了研究区植被吸收光合有效辐射因子、温度胁迫因子、水分胁迫因子和典型植被类型的最大光能利用率,构建了改进的CASABTC估算模型,利用HJ-1CCD数据模拟了2009年大别山区植被的NPP,并探讨了其时空变化特征。结果表明:1)由该文模拟值与MOD17A3的精度验证结果分析,基于地形校正的CASABTC模型和HJ-1数据适合精确模拟山区植被的NPP;研究区NPP在冬季比在春、秋、夏季受地形起伏的影响大。2)该文模拟的年NPP平均值为413.7g/(m2·a)比MOD17A3平均值偏小4.9%,在空间分布上前者更加详细,地表特征更明显。3)研究区2009年NPP模拟值范围为0～1143.6g/(m2·a),研究区总面积66.1%的NPP值在200～600g/(m2·a)之间;年总NPP为9.891×106t,约占全国年总NPP的3.2‰,整体上呈现高、低值区交错分布的不规则特点。4)月NPP值随季节而变化,所有植被类型的NPP季节变化曲线都呈典型的单峰分布,且不同植被类型NPP的季节变化幅度有差别。月NPP值的季节变化与气温、太阳总辐射及NDVI的季节变化基本吻合,而降水量年内分配不均与NPP无相关性特点。5)各植被类型的月NPP和总NPP随海拔高度上升而逐渐变大,对于后者当海拔高度上升至1100m时达到最大值,继续上升,其保持在600g/m2左右不变。该研究可为后续基于HJ-1数据的山区植被NPP模拟提供参考。

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302.44×1012gC yr1,其中森林的净初级生产力最高,120.11×1012 gC yr1,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,246.7×1012gC yr1,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.

2001—2010年疏勒河流域植被净初级生产力时空变化及其与气候因子的关系

通过改进的光能利用率CASA模型估算2001—2010年间疏勒河流域陆地生态系统的净第一性生产力(NPP),采用线性趋势分析、变异系数和Hurst指数等方法,分析了NPP的时空变化特征及其与气候因子的相关性。结果表明:1疏勒河流域NPP的空间分布具有明显差异,空间上呈现西北低、东南高的趋势,且具有较明显的经向"条带"分布特征,2001—2010年,NPP平均值为102.26 g C m^(-2)a^(-1)。22001—2010年,疏勒河流域NPP总体呈增长趋势,年际波动较大,NPP明显增加的区域占总面积25.15%,明显减小的区域约占11.93%。3Hurst指数分析显示,疏勒河流域NPP变化的同向特征强于反向特征,其中持续改善地区占总面积的78.3%,21.7%的区域将由改善转为退化。4在年尺度上,降水是植被NPP变化的主要影响因素,NPP与降水呈弱的正相关关系,与温度相关性不显著;在月尺度上,温度是NPP变化的主要控制因子。疏勒河流域NPP对气候因子不存在明显的时滞和累积效应。

近51年来祁连山植被净初级生产力对气候变化的响应

本研究以分辨率为0.1°×0.1°的植被、土壤和气象数据为驱动,利用大气-植被相互作用模型（AVIM2）模拟了祁连山地区1958~2008年植被净初级生产力（NPP）,并对近51年来祁连山地区植被NPP对气候变化的响应进行了分析。结果表明：近51年来祁连山植被（常绿针叶林、落叶针叶林、草地、灌木、农田）在气温升高和降水量增加的影响下,NPP总量呈增加趋势,且增加速率依次为：农田〉常绿针叶林〉落叶针叶林〉草地〉灌木。植被NPP的变化与气温和降水量的变化均呈正相关关系,且温度变化对植被NPP的影响大于降水,即温度变化是影响祁连山地区植被NPP变化的主导因素。从区域平均来看,气温年平均上升速率为0.043℃·a-1,降水量的平均增加速率为1.355mm·a-1,在气温和降水量的共同作用下,1958~2008年祁连山地区植被NPP总量呈增加趋势,平均增加速率为0.718g·m-2·a-1。

基于MODIS序列的北京市土地利用变化对净初级生产力的影响

了解土地利用变化对区域净初级生产力(NPP)的影响,对于综合理解区域植被的固碳能力及其与土地利用变化的关系,以及维持区域生态安全均具有重要意义。以北京市为例,基于2000—2012年MODIS NPP遥感影像和土地利用类型数据,利用同期Landsat TM影像(分辨率30 m)对MODIS NPP数据进行降尺度计算的基础上,分析北京市区域NPP的时空分布特征,探讨土地利用变化对植被固碳能力的影响。结果表明:研究期内Landsat NDVI与NPP数据的线性关系显著(R^2为0.22—0.68,P<0.01),基于该线性关系可实现对MODIS NPP的降尺度重计算。土地利用面积分配和景观格局的变化均显著影响NPP。13年间,北京市林地和草地面积增加而耕地面积迅速减少,NPP总量由123万t C增长至190万t C,其中66%的NPP由林地贡献,其次为耕地(26%),草地最低(8%)。2000—2006年,面积变化促进了NPP的增加,贡献率为34%;而2006—2012年,面积变化则抑制区域NPP的增加,贡献率降低至27%。同时,研究区域内斑块聚集度的降低,斑块密度及丰富度的增加均有利于其NPP的增加。提高研究区植被固碳能力,需要在维持区域当前植被数量和质量的基础上,增加区域景观的异质性和多样性。

近百年全球草地生态系统净初级生产力时空动态对气候变化的响应

气候变化是影响生态系统空间地理分布、结构和功能的主要因素。为了从长时间序列大空间尺度上了解气候变化对草地生态系统的影响及其反馈机制,本研究利用综合顺序分类法及分段模型分别模拟了1911-2010年间全球草地生态系统及净初级生产力(NPP)的时空动态,并通过相关性分析揭示草地NPP对不同气候因子的响应。结果表明,在过去的百年间,全球草地面积从1920s的5175.73万km^2下降到1990s的5102.16万km^2,其中冻原与高山草地类组的面积下降最多,为192.35万km^2,荒漠草地类组、典型草地类组和温带湿润草地类组的面积分别下降了14.31、34.15和70.81万km^2,而热带萨王纳类组的面积增加了238.06万km^2。在气候变化的影响下,大多数草地类组的重心均向北方移动,在北半球尤为明显。全球草地NPP从1920s的25.93Pg DW/年增加到1990s的26.67Pg DW/年。就各草地类组而言,冻原与高山草地类组、荒漠草地类组、典型草地类组、温带湿润草地类组的NPP均呈现下降趋势,分别下降了709.57、24.98、115.74和291.56Tg DW/年,而热带萨王纳类组的NPP则增加了1887.37Tg DW/年。从全球尺度来看,降水是影响草地NPP的主要气候因子。总的来说,近百年气候变化对全球草地生态系统产生了深刻的影响,尽管草地NPP呈现增加的趋势,但暖湿化的气候变化对草地生态系统的结构和空间分布产生了不利的影响。

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。

中国森林生态系统净初级生产力时空分布及其对气候变化的响应研究综述

植被生产力是表征植被活力的关键变量,能够反映陆地生态系统的质量状况。森林净初级生产力(NPP)对气候变化的响应研究,是理解森林生态系统碳收支的基础,有助于认识气候变化与森林生态系统的相互作用机制,因而对于深刻理解陆地碳循环和全球变化均具有重要意义。目前我国已有大量针对近几十年国家和区域尺度上植被NPP时空分布的研究,其中专门针对森林生态系统NPP的研究也有不少。研究尺度多为全国范围或者片段式区域,以行政区或流域尺度最为多见。然而,这些研究总体比较分散,其中部分研究的结果、结论并不一致甚至相悖,尚缺乏异同性分析与比较,也缺乏系统性和综合性。这并不利于全面掌握我国相关研究的整体情况、了解清晰明确的研究结论以及进行更深层次的规律及原因探究,也非常影响对森林NPP的精确评估及机理认识,因而,对相关研究成果进行梳理、整合和总结非常有必要。鉴于此,本文收集了近几十年我国植被NPP研究的相关文献,依据其研究结果,系统地综述了全国及区域尺度森林生态系统NPP的时空分布规律及未来可能变化趋势,揭示出NPP与气候因子(以CO_2、温度、降水为主)的关系及对气候变化的响应情况,并指出目前国家研究中存在的主要问题及未来重点研究方向,以期为以后进一步的研究起到一定的索引和参考作用。

基于LPJ模型的中亚地区植被净初级生产力与蒸散模拟

中亚干旱区是对全球气候变化最敏感的区域之一,以草地和耕地为主的植被类型极易受到水资源短缺和人为等因素影响,导致生态环境极易恶化,故分析其植被净初级生产力（NPP）和蒸散（ET）变化特征及对气候的响应具有重要意义。本研究利用LPJ模型模拟中亚地区1982-2012年NPP和ET,并分析其在中亚潜在植被类型中的空间分布和变化特征。结果表明,1）NPP和ET的高低值空间分布基本一致,高值区主要分布在林地、草林地混合区以及耕地区,低值区主要分布在植被稀少的荒漠周边区域和哈萨克中部草地区;2）NPP总量和ET总量均呈波动上升趋势,其中NPP年度变化范围在469.59-1 130.26 Tg C·a-1,年均值为737.24 Tg C·a-1（185.57 g C·m-2·a-1）,ET范围在695.53-1 047.69 km3·a-1,年均值为850.46 km3·a-1（214.07 mm·a-1）;3）影响中亚地区植被NPP和ET变化的气候因子主要为降水,温度影响相对较弱;4）吉尔吉斯斯坦和塔吉克斯坦植被生产力增长较快,哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦和新疆较为稳定,土库曼斯坦植被生产力出现下降现象。

基于净初级生产力的中国各地生态足迹均衡因子测算

生态足迹作为一种非货币化的生态系统评估工具,是近年来国际上一种重要的判别可持续发展程度的生物物理量方法。均衡因子是生态足迹计算中的一个重要参数,其是否准确直接影响到计算结果的可靠性与可比性。随着生态足迹方法的广泛应用,其标准化和本地化研究成为迫切的需要。为便于区域水平上的生态足迹空间分析,采用中国2001年1km MODIS数据,根据植被的净初级生产力(net primary production,NPP),计算出全国和不同省份各种土地类型的均衡因子。结果表明,就中国平均均衡因子而言,农地和建筑用地为1.71,林地和能源用地为1.41,畜牧地为0.44,渔业水域为0.35;就不同省份而言,由于区域内不同土地利用类型的相对生产能力不同,因而均衡因子各不相同,但大体上呈现农地>林地>畜牧地>渔业水域的规律。