应用三种模型对浙江省植被净第一性生产力(NPP)的模拟与比较

运用Miami模型、Thornthwaite模型以及综合模型,计算浙江省植被NPP,并与国际生物学计划(IBP)推荐值进行比较,旨在找出最适用于浙江省的一种植被NPP计算模型;分别分析三种模型模拟的植被NPP的年际及年代际变化特征;利用站点的经纬度、DEM及其衍生数据建立多元回归方程对浙江省植被NPP进行空间插值,并分析其空间分布特点。结果显示:(1)综合模型模拟的浙江省植被NPP与国际生物学计划(IBP)推荐值最接近,为952.722～1376.971g.m-2.a-1,并且NPP随时间呈波动上升趋势;20世纪60-70年代植被NPP增幅最大,为33.31g.m-2.a-1;(2)对于三种模型,北部嘉兴市的植被NPP最小,南部温州市的植被NPP最大;植被NPP的空间分布形态一致,全省范围内均表现为西北低、东南高;(3)比较得出,综合模型在模拟计算浙江省NPP时更具有实用性。

四川植被净第一性生产力(NPP)对全球气候变化的响应

根据全球气候变化的趋势 ,利用生态信息系统 (EIS)技术 ,采用植被净第一性生产力模型 ,并结合海拔因素 ,模拟了四川植被净第一性生产力在未来气候 5种水热条件下空间分布格局的变化趋势。结果表明 ,当前四川植被的净第一性生产力 (NPP)从总体上沿东南向西北呈逐渐递减趋势。植被净第一性生产力与降水量呈明显正相关关系 ,二者曲线比较近似。与可能蒸散率呈明显负相关关系 ,与海拔关系比较复杂。在盆地内 ,NPP值主要取决于降水量的多少。在盆地向高原过渡地区和高山高原地区 ,植被净第一性生产力主要取决于可能蒸散率的大小。随着全球气候的变化 ,四川省的植被净第一性生产力将沿东南至西北方向发生面积和值的推移。当温度升高 2 5℃ ,降水量增加 10 %时 ,四川省的植被净第一性生产力将增加13 76 % ,随着降水量增加到 2 0 % ,其值将进一步升高 ,达到 10 92 2TDM·hm-2 ·年 -1。当温度升高 4℃ ,降水量增加 10 %时 ,四川省的植被净第一性生产力将增加 18 2 9% ,随着降水量减少到P 10 %时 ,其值将逐渐减少到 9 5 30TDM·hm-2 ·年-1。

基于自然植被净第一性生产力的西南山区铁路带状生态系统承载力研究

西南山区铁路沿线本底生态环境脆弱,植被类型复杂,工程生态创面恢复任务艰巨,目前针对铁路工程沿线带状生态系统承载力缺乏深入研究。因此,本文基于铁路工程带状区域的自然植被净第一性生产力情况,确定了各区域、各植被型组的生态承载力指标,进一步对工程沿线进行了荒漠化程度分级,量化评估沿线生态系统风险性。研究结论:(1)自然植被净第一性生产力的测算能有效应用于铁路工程沿线各区域、各植被型组的生态承载力判定,指导并强化群落建植。(2)铁路沿线平均自然植被净第一性生产力按四川盆地区、川西高原区、藏东高原区顺序自东向西呈总体显著递减趋势。(3)四川盆地区工程沿线均处于非荒漠化区和低生态风险区,各植被型组生态承载力较高;川西高原区中草甸、沼泽、高山植被类型组区域和藏东高原区全域荒漠化正在或强烈发展中,生态风险较高。(4)根据植被净第一性生产力的定量评价得出生态承载力阈值,可初步判断对生态创面所采取的工程措施对运营期区域生态承载力的补偿或恢复。(5)该研究成果可为今后铁路沿线生态创面修复工程设计和施工提供理论依据。

1960～2011年秦岭南北气温和降水变化对植被净第一性生产力的影响研究

基于秦岭南北1960～2011年月平均气温和降水量等气候要素资料,应用周广胜-张新时模型计算了近52年的植被净第一性生产力(NPP),分析其年际和年代际变化特征及其对温度和降水的响应。结果表明:(1)研究区多年平均气温呈南高北低分布格局,1993年为气温变化转折点,此前为降温趋势,秦岭以南降温更明显,此后研究区大面积升温,近52年间98%以上的站点呈升温趋势。(2)降水量由北向南递增,1985年为降水变化转折点,此前降水呈减少趋势,此后70%以上站点降水增多;1960～2011年间秦岭以北地区有变干趋势,而秦岭南坡以变湿为主,其余地区变化不明显。(3)周广胜-张新时模型的模拟结果与实测值的平均误差为11.1%,整体上精度较高,说明模型可以用于秦岭南北地区NPP的估算;研究区NPP呈南高北低分布格局,NPP增加的站点所占比例排序为汉水流域>秦岭南坡>巴巫谷地>秦岭以北;NPP年际波动较小,极值比介于1.34～1.89之间。(4)未来气候变化对NPP的可能影响预测结果显示,水热条件同时改善(a情景)的情况下NPP普遍增加14.8%以上,秦岭以北增加趋势更明显,温带落叶阔叶林增幅最大,温带草丛增幅最小;温度升高而降水减少(b情景)的情况下大部分站点NPP减少,亚热带(热带)常绿(落叶阔叶)林减幅最大,温带落叶阔叶林减幅最小;c情景下NPP增幅有限,明显小于a情景,秦岭以北地区的增加趋势更明显,不同植被类型的变化趋势与a情景一致,但明显小于前者。

草地净第一性生产力估算模型研究进展

草地净第一性生产力(NPP)直接反映了草地植物群落在自然环境条件下的生产能力,是草地碳循环的重要组成部分。利用数学模型估算草地NPP是一种重要且被广泛接受的研究方法。在总结植被NPP估算模型的基础上,分析了气候相关统计模型、光能利用率模型、生态系统过程模型和生态遥感耦合模型各自的优缺点,讨论了各类模型在草地NPP中的研究现状,探讨了草地NPP模型研究中存在的问题,并进一步提出今后的发展方向。统计模型通过NPP与温度、降水等气候因子建立统计关系计算NPP,参数简单,但估算结果较粗;光能利用率模型以植被光合作用机理作为其理论基础,建立在植物光合作用过程和光能利用率的概念上,由于模型形式简单且可以直接利用遥感数据,使其倍受关注,但在具体求算过程中存在不确定性;过程模型从机理上对植物的生理生态过程进行模拟并对NPP的影响因子进行分析,更能揭示生物生产过程以及与环境相互作用的机理,但模型较复杂,实用性不强;生态遥感耦合模型能够利用遥感资料,克服了光能利用率模型和生态系统过程模型的不足,使其成为NPP模型的一个主要发展方向。草地植被NPP估算模型的研究相对薄弱,专门针对草地NPP建模的研究较少。建立具有自主知识产权的中国草地NPP模型是一项即具有重要意义又具有挑战性的工作。

中国植被净第一性生产力遥感动态监测

植被净第一性生产力 (NPP)研究方法很多 ,运用NOAAAVHRR的可见光、近红外和热红外波段来提取和反演地面参数 ,进而准确估算陆地植被净第一性生产力 ,是一种全新的研究手段。利用遥感数据进行生物量和净第一性生产力的估算 ,主要是采用光能利用率模型 ,即通过NPP与植物吸收的光合有效辐射 (A PAR)和植被将所吸收的光合有效辐射转化为有机物的转化率 (ε)的关系来实现的。用数学公式可表达为 :NPP =(FPAR×PAR)× [ε ×σT×σE×σS× (1-Ym)× (1-Yg) ]在遥感和地理信息系统技术的支持下 ,以 1990年每旬的 8km分辨率的NOAAAVHRR 1— 5通道的影像为数据源 ,对中国每旬的陆地植被净第一性生产力进行估算 ,然后累加得出全年的NPP值。估算结果 :1990年我国陆地植被NPP总量为 6 13× 10 9t/a ,NPP最高值为 1812 9gC/m2 。就计算结果 ,对中国大陆植被NPP的分布规律进行了分析。遥感模型能够以面代点 ,比较真实地反映陆地植被NPP的时空分布状况 ,与我国植被分布的地理规律性相符 。

遥感在植被净第一性生产力研究中的应用

As a powerful approach,the advantage of usig remote sensing to estimate and supervise net primary productivity of terrestrial vegetation lies not only in that it is free from a lot of trivially detailed field works,but also in that it realizes the estimation of NPP in a large region.So it largely pushes forward global change research.According to this kind of approach,this paper mainly discusses on the role of vegetation index,PAR and light energy efficiency on the estimation of NPP,and puts forward a few suggestions on improving the NPP models.

陆地生态系统净第一性生产力过程模型研究综述

陆地生态系统净第一性生产力的模拟已从统计模型发展到过程模型时代。过程模型从机理上对植物的生物物理过程以及影响因子进行分析和模拟,理论框架完整,结构严谨。论文从植物器官、个体、冠层、景观以及区域等不同尺度对过程模型进行分析。近年来,由于遥感和GIS技术的支持,使得遥感过程模型融合了遥感及时、准确、宏观、多尺度的优势而成为当前生产力模型的主攻方向。遥感过程模型可实现生态系统NPP的及时模拟和动态监测,便捷、准确地反映NPP的时空变化格局。而在NPP建模过程中,尺度转换是所面临的一个重要问题。不同尺度模型间扩展时,需要采取相应的数学手段进行尺度转换,同时遥感和GIS技术提供了尺度转换的有力工具。综观我国NPP研究的发展,起步晚、发展快是其特点。虽然取得了大量的研究成果,但过程模型的建模方面还很不足,这是一个亟待解决的问题。

基于过程模型的长白山自然保护区森林植被净第一性生产力空间尺度转换方法

净第一性生产力(Net Primary Productivity,NPP)是反映林分和生态系统结构特征的最重要的参数之一,其空间分布可为自然资源管理和可持续发展提供高度综合的信息,是全球变化和碳循环研究中的一个非常重要的组成部分。为了得到NPP的空间尺度转换算法,利用改进的北部生态系统生产力模拟模型(Improved Boreal Ecosystem Productivity Simulator,IBEPS),分别采用高分辨率(30m)的ETM+和低分辨率(1km)的MODIS遥感数据,模拟了长白山自然保护区不同分辨率森林植被的净第一性生产力。对模拟得到的30m分辨率的NPP结果,采用尺度上推(upscaling)的方法将其转换为1km分辨率的NPP结果(分布式的NPP,Distributed NPP),并将转换后的NPP与直接利用1km分辨率的遥感数据计算得到的NPP结果(聚合式的NPP,Lumped NPP)进行比较,以分布式模式计算的结果为基准,对聚合式的计算结果进行尺度效应校正。在对NPP进行尺度效应校正时,根据不同分辨率下土地覆盖类型(Land cover)的亚像元面积比信息,采用基于结构的分析方法对模拟的NPP结果进行校正,结果表明经过尺度效应校正后NPP的模拟精度要比原始的NPP计算精度有所提高,相关系数从校正前的0.898提高到0.960,标准偏差由校正前的49.84gC/m2减小到41.02gC/m2。采用这种方法可以很好的解决大尺度遥感应用的需要,为定量遥感分析和应用提供理论基础。

利用CASA模型估算我国植被净第一性生产力

基于地理信息系统和卫星遥感应用技术 ,利用 CASA模型估算了我国 1997年植被净第一性生产力及其分布。结果表明 :1997年我国植被净第一性生产量为 1.95 Pg C,约是世界陆地植被年净第一性生产力的 4.0 % ;我国植被净第一性生产力的主要分布趋势是从东南沿海向西北逐渐减小 ;其中海南岛南部、云南西南部、青藏高原东南部的热带雨林和季雨林地区植被年净第一性生产力最大 ,达 90 0 g C· m- 2· a- 1以上 ,而西部塔克拉玛干沙漠地区植被年净第一性生产力最小 ,不足 10 g C· m- 2· a- 1。

气候变化对中国陆地植被净第一性生产力影响的初步研究

在假定气温平均升高 1.5℃ ,降水平均增加 5 % ,地表植被分布未发生变化的情况下 ,利用改进的光能利用率模型和 1992年 12个月的 1kmAVHRR NDV1资料及地面气候资料对气候变化对中国陆地植被净第一性生产力 (NPP)的影响进行了初步分析。结果表明 ,除了华南沿海NPP略有下降外 ,中国大部分地区NPP将有所增加 ,平均增加 6 .2 %。其中从相对增加量来说 ,青藏高原NPP的增加幅度最大 ;而从绝对增加量来说 ,森林植被的增加量最大 ,荒漠地区NPP的增加量最小。

西双版纳热带人工雨林生物量及净第一性生产力的研究

通过标准木法和收获法研究分析了西双版纳热带人工模拟雨林的生物量及净第一性生产力 .结果表明 ,林分总生物量约为 390 .4t·hm-2 ,其中乔木层生物量达 36 2 .5t·hm-2 ,占总生物量的 92 .8% ,灌木层生物量为 19.3t·hm-2 ,占 4.9% ,层间植物 (包括附生植物 )的生物量为 3.6t·hm-2 ,草本层生物量为5 .0t·hm-2 .分别占 1.3 %和 0 .9% .林分净第一性生产力为 2 2 2 7.3g .m-2 .年 -1,其中乔木层的净生产力为 15 5 3.5 g·m-2 .年 -1,占整个林分净生产力的 6 9.7% ,灌木层、草本层及层间植物分别仅占 2 6 .9%、2 .4%和 1.0 % .其器官分配比例以茎最高 ,达 42 .0 % ;其次为叶 ,占 30 .2 % ;枝仅占 13 .5 % .叶面积指数为 7.0 6 1.同时建立了林分优势种及乔木层各器官生物量的优化回归模型 .

东北森林净第一性生产力与碳收支对气候变化的响应

以东北地区(38°43′N^53°34′N,115°37′E^135°5′E)为研究对象,利用当前气候状况和不同气候情景下的气象数据驱动基于个体生长过程的中国森林生态系统碳收支模型FORCCHN,模拟了气候变化对东北森林生态系统净第一性生产力(NPP)和碳收支(NEP)的影响。结果表明:1981~2002年期间,东北森林NPP总量位于0.27~0.40 PgC.a-1之间,平均值为0.34 PgC.a-1;土壤呼吸总量在0.11~0.27 PgC.a-1,平均为0.19 PgC.a-1;NEP总量位于0.11~0.18 PgC.a-1之间,且近20多年来该区森林起着CO2汇的作用,平均每年吸收0.15 Pg C的CO2;该区森林NPP和NEP对温度升高比对降雨变化的反应更为敏感;综合降雨增加(20%)和气温增加(3℃)的情况,该区各点森林的NPP和NEP增加的幅度最大;温度不变、降水增加(不变)情景下最小。

贵州省喀斯特地区植被净第一性生产力的估算

在构建光能利用率模型的基础上,依托遥感手段,利用MODIS数据和气象资料,完成了贵州省喀斯特地区2001年植被净第一性生产力(NPP)的估算,并通过喀斯特地区与非喀斯特地区植被NPP的对比,重点研究了喀斯特地区植被NPP的时空变化特征,得到以下主要结论:(1)喀斯特地区与非喀斯特地区的植被NPP在时空分布上存在明显差异,非喀斯特地区的NPP平均值高出喀斯特地区约13.3%。(2)非喀斯特地区的NPP频度分布呈似双峰型,而喀斯特地区的NPP值似正态分布。(3)年内植被NPP的最高值和最低值均出现在7月和1月,但喀斯特地区比非喀斯特地区的整体波动性大。(4)喀斯特地区植被NPP的季相空间变化显著,石漠化较为严重的地区其植被NPP明显小于其它地区,且季间差异较明显。

1982—1999年我国植被净第一性生产力及其时空变化

基于地理信息系统和卫星遥感技术 ,利用植被、气候和土壤等地面空间数据 ,应用CASA模型估算了 1982— 1999(除 1994 )年间我国植被年净第一性生产量及其时空变化。结果表明 :18年间我国植被净第一性生产量呈增加趋势 ,平均增加速率为 0 0 2 4PgC·a-1,其均值为 1 8PgC ,其中高寒植被、常绿阔叶林和常绿针叶林的增加速度最快 ;降水是限制我国植被净第一性生产力的主要因子。

气候变化对黄土丘陵沟壑区植被净第一性生产力的影响模拟

以黄土丘陵沟壑区典型小流域纸坊沟流域为例,利用当前气候状况和不同气候情景下的气象数据驱动植被净第一性生产力模型VSIM,模拟气候变化对黄土丘陵沟壑区植被净第一性生产力(NPP)的影响。结果表明:(1)流域NPP对温度升高比对降雨变化的反应更为敏感,土壤水分状况受降雨变化影响显著,温度升高后流域土壤水分也明显下降。(2)草本和半灌木群落的NPP由于温度升高降低最多,沙棘灌丛的NPP受降雨变化影响最为明显,而刺槐林、苹果林和柠条灌丛对降雨变化反应不敏感;(3)综合降雨和气温都增加的情况,流域NPP仍呈下降趋势,只有沙棘灌丛因降雨的增加NPP减小的程度明显降低;(4)大部分植被类型在降雨和温度升高后水分利用效率降低,只有沙棘灌丛和铁杆蒿群落在降雨增加后有所提高,除铁杆蒿群落外,降雨减少使得大部分植被类型的水分利用效率提高。

自然植被净第一性生产力模型的改进

在Miami模型和Thornthwaite模型的基础上 ,采用直接搜索法改进了自然植被净第一性生产力模型。该模型优于Miami模型和Thornthwaite模型 ,便于估算自然植被的净第一性生产力 ,为合理利用气候资源、充分发挥气候生产潜力。

广西黄冕林场次生常绿阔叶林生物量及净第一性生产力

应用相对生长法和样方收获法 ,测定了广西黄冕林场天然次生常绿阔叶林的地上、地下生物量及林分净第一性生产力 .阔叶林总生物量为 99 96t·hm-2 ,其中地上部分占 6 9 4 1% ,地下部分 (根系 )占30 5 9% .林分叶面积指数为 6 5 0 .全林净第一性生产力为 2 4 6 5t·hm-2 ·年-1,其中地上部分占 4 4 5 4 % ,根系占 5 5 4 6 % .

长江流域植被净第一性生产力及其时空格局研究

基于生态过程模型——CASA模型 ,利用 1982～ 1999年 18年来 8km× 8km分辨率的遥感数据和匹配的温度、降水、太阳辐射资料以及植被和土壤信息 ,对长江流域的植被NPP及其时空分布格局进行了分析。主要结论如下 :1) 18年来 ,长江流域年均NPP总量为 0 .4 6PgC·a-1,占全国总量的 2 7.2 2 % ,单位面积的年平均NPP为2 6 2gC·m-2 ·a-1,是全国平均水平的 1.5倍。2 )从NPP的空间分布看 ,单位面积的NPP以青藏高原东部与四川接壤的山麓等地最高 ,为 5 70gC·m-2 ·a-1,而青藏高原的荒漠地区及高寒山区等地的NPP最低 ,为 5gC·m-2 ·a-1。3)在长江流域的所有植被类型中 ,以常绿阔叶林的平均NPP最大 ,达 36 5gC·m-2 ·a-1,高山稀疏植被的平均NPP则为最小 ,只有 76 .6gC·m-2 ·a-1。 4 )受全球变化的影响 ,18年来长江流域的NPP整体上呈现了增加的趋势 ,年平均增加速率为 6 .7× 10 12 gC·a-1,为流域年均NPP总量的 1.5 %。

自然植被净第一性生产力模型初探

本文根据植物的生理生态学特点及联系能量平衡方程和水量平衡方程的区域蒸散模式建立了联系植物生理生态学特点和水热平衡关系的植物的净第一性生产力模型：该模型的建立为宏观地确定地带性景观的生产潜力、植物净第一性生产力的区域分布和全球分布，以及全球变化的影响提供了理论基础，对于合理地利用气候资源，扬长避短，充分发挥气候生产潜力。