基于CSCS方法的甘南自然植被NDVI时空分布特征研究

基于综合顺序分类系统(CSCS)模型,利用地理信息系统技术手段,模拟出甘南潜在自然植被类型图,并且结合国际地圈生物圈计划(IGBP)土地覆盖数据集,制作出甘南残存潜在自然植被分布图和残存潜在自然植被典型区分布图。在此基础上,利用2001-2010年MODIS数据分别研究了残存潜在自然植被分布区及其典型区的NDVI年度和月度变化特征。研究结果表明,1)甘南残存潜在自然植被分布区面积达33 940km2,占甘南总土地面积的92.53%;2)残存潜在自然植被典型区主要分布在玛曲县、碌曲县及迭部县部分地区和夏河县北部,在舟曲、卓尼和临潭县分布较少;3)甘南地区NDVI在2001-2010年期间都呈现出上升趋势,7种植被类型的月最大值出现在7-9月。

草地对全球气候变化的响应及其碳汇潜势研究

本研究用综合顺序分类法(CSCS)分析了1950-2000年和2001-2050年期间的草原类型演替及碳汇动态。证明中国草地的碳汇主体依次是冻原和高山草地、温带湿润草地、斯泰普草地和半荒漠草地大类,占中国潜在草地总面积的85.52%,年碳汇潜力占中国潜在草地年碳汇潜力的93.29%。全球草地的碳汇主体是萨王纳、冻原和高山草地大类,两者的面积和占全球潜在草地总面积的48.50%,年碳汇潜力占全球潜在草地年碳汇潜力的72.22%。在全球气候暖干化的强(A2a)、弱(B2a)情景下,与当前(1950-2000年)情景相比,中国将呈现草地面积减少,林地面积增加的态势;与中国的趋势相反,全球将呈现草地面积增加,林地面积减少的态势。在全球暖干化的A2a和B2a模式下,草地年碳汇潜力,中国将分别提升14.6%和18.5%,全球将分别提升17.3%和16.8%。但两者的增长方式不同,全球是以温带湿润草地大类年碳汇潜力大幅增加为特征,而中国是以负增长为特征。我国的暖干化趋势在草地年碳汇潜力上的反映较之全球更强烈。尽管造成全球气候暖干化的自然因素远非人力所能控制,但系统问题只能靠系统综合的办法治理。这是草地工作者当前的使命。

不同气候变化情景下2070—2099年中国潜在植被及其敏感性

潜在植被作为当前气候条件、无人类干扰下,所能发育演替形成的最稳定、最成熟的一种顶极植被类型,能够反映立地植被发展的趋势。潜在植被的研究有助于人类了解植被与气候系统的作用机制,可为区域植被恢复工程和生态建设提供参考依据。基于综合顺序分类系统,利用A1B、A2及B1情景下2070—2099年气象数据对中国潜在植被进行了模拟,在不同气候变化情景下分析了未来中国潜在植被的空间分布和潜在植被对不同气候变化的敏感性。结果表明:(1)不同气候变化背景下中国潜在植被分布的规律具有相似性,但潜在植被类在总数和各情景下分布的面积存在差异性;(2)比较发现,中国的气候条件在20世纪和21世纪均不适宜炎热极干热带荒漠类(ⅦA)的发育;(3)中国潜在植被在3种气候变化情景下表现为敏感性的区域占到国土总面积的64.10%,在西北地区、北方地区、南方地区及青藏地区不同自然区敏感性地区所占各区的比例不同,分别为68.20%、70.82%、49.94%及66.59%。

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。

基于CSCS改进CASA模型的中国草地净初级生产力模拟

将草原综合顺序分类系统(CSCS)中的热量指标(∑θ)和湿润度指标(K)引入CASA模型。利用该模型模拟了2004—2008年中国41个草地类的净初级生产力(NPP),并分析了其时空变化和不同草地类NPP变化。结果表明:2004—2008年中国草地NPP模拟平均值与实测平均值分别为503.8g·m-2·a-1和567.3g·m-2·a-1,两者较为接近。各类草地的平均误差和平均相对误差均值分别为4.85g·m-2·a-1和7.6%。草地NPP的实测值和模拟值相关性较好。改进CASA模型模拟值比Miami和Thornthwaite Memorial模型模拟值更接近实测值。NPP空间分布呈东高西低、南高北低、从西北向东南逐渐增加的趋势,体现了K和∑θ的水平和垂直地带性分布规律。2004—2008年中国草地NPP总体呈现增加趋势,其总量增加了23.0%。草地NPP年均值在不同植被类型中差异显著,分布规律与CSCS划分草地类的K和∑θ密切相关。总之,改进后的CASA模型模拟精度较高,实现了草地NPP模拟与草地分类的相互关联。

AMMRR插值法的改进及其在内蒙古草地综合顺序分类中的应用

宏观尺度上,气象数据空间插值模拟在气象科学和草地科学研究中一直占据重要的位置。为进一步提高其精度和增强草地类型划分空间分异效果,本研究在多元回归+残差分析(Analytic Method Based on Mul-tiple Regression and Residues,AMMRR)插值法中增加微地形因子(坡度和坡向),用普通克里金(OK)函数替换反距离加权(IDW)函数进行残差分析以建立改进型的多元回归+残差分析(I-AMMRR)插值法,并将其应用于内蒙古自治区>0℃年积温(Σθ)、年降水量(r)和湿润度(K)的空间插值模拟。依据草地综合顺序分类系统(Comprehensive and Sequential Classification System of Rangeland,CSCS)原理和I-AMMRR插值技术,对内蒙古自治区草地进行分类,并研制了相应的草地综合顺序分类图。研究结果表明:(1)I-AMMRR插值法模拟Σθ和r的绝对平均误差(MAE)、相对平均误差(RME)和均方根误差(RMSE)均小于AMMRR法,其精度更高。(2)I-AMMRR插值法模拟的内蒙古自治区Σθ、r和K的空间分布格局呈现水平和垂直地带性分布规律,Σθ自东南向西北递增,r和K与Σθ相反。(3)内蒙古自治区草地被划分为从ⅢF38(微温潮湿针叶阔叶混交林类)到ⅢA3(温暖极干温带荒漠类)共计17个草地综合顺序类。其中ⅢB10(微温干旱温带半荒漠类)分布面积最大,ⅣE32(暖温湿润落叶阔叶林类)最小。草地植被空间分布的水平和垂直地带性明显,与内蒙古自治区植被调查结果基本吻合。

基于定量遥感的甘肃省草原综合顺序分类

为了推进草原综合顺序分类的实用化进程,在草地发生学原理指导下,在草原综合顺序分类中引入甘肃省2008年每日1km分辨率的MODIS地表温度产品(MYD11A1)和0.5km分辨率的MODIS地表反照率产品(MYD09GA),反演土壤水分和地表年积温,划分热量级和湿润度级,并对甘肃省草地进行分类,以野外调查数据为相对真值验证了结果,评价了分类精度。结果表明:甘肃省天然草地横跨寒冷-寒温-微温-暖温-暖热5个热量级,极干-干旱-微干-微润-湿润-潮湿6个湿润度级,共26个类,其中暖温干旱暖温带半荒漠类、微温干旱温带半荒漠类和寒温潮湿温性针叶林类是甘肃省最主要的几种草地类型,占全省面积的43.43%;草地类的分布呈现出明显的垂直地带性,类别划分结果符合研究区域的气候、地理位置和地貌特征。研究减少了以往综合顺序分类对气象站点分布和插值方法的依赖性,从数据源的角度解决了综合顺序分类法中站点数据向区域数据转换这一难题,改善了点数据外推的边界模糊问题,拓展了草原综合顺序分类的研究手段和方法,为推进草原综合顺序分类实用化进程提供了新的思路。

基于CSCS和RegCM3模型的21世纪末中国潜在植被

潜在植被作为陆地生态系统的重要组成部分,能够真实反映立地气候环境,对其分布特征的研究可为生态工程评价提供依据。本文以综合顺序分类系统理论为基础,选取RegCM3模型及A2情景下的预测数据,模拟了2071—2100年中国潜在植被的空间分布。结果表明,21世纪中国潜在植被均发生了不同程度、不同方向的变化,具体表现为:温带森林和冻原高山草地向冷干方向变化,其中温带森林为中国主体潜在植被;亚热带森林向较冷地区演替;温带荒漠、热带森林及热带稀树草原向冷湿方向迁移;半荒漠向暖湿地区集中分布;干草原、温带湿润草地及热带荒漠向暖干方向变化,其中温带湿润草地和热带荒漠的空间分布重心迁移显著。本文揭示了21世纪中国潜在植被的变化规律,可为我国21世纪生态建设战略提供参考。

草原综合顺序分类系统第二级亚类的定量划分研究——以甘肃省为例

草原综合顺序分类理论自20世纪50年代提出以来,其完善的基本理论构架和定量化潜力已经使其成为草地生态系统研究科学性的代表。在草原综合顺序分类系统第1级——"类"的定量化研究方面取得了丰硕的成果,建立了检索图。但自该体系建立以来,由于数据获取困难,定量技术限制等原因,一直未开展第2级分类的定量化研究。论文以草原综合顺序分类系统的第2级——"亚类"为研究对象,在对亚类的分类指标——地形(地貌)和土壤的发生和分类进行综合分析的基础上,提出了在草地亚类划分中进行定量化分类的方法和原则,并以甘肃省为研究区域,进行了亚类的划分实践。首先,确定在山地使用地形(地貌)因子,在平原使用土壤亚类进行草地亚类划分,具体将甘肃省山地和平原按照坡度>3°,连续面积达到6 km2以上,划分为山地,其余划分为平原;在SRTMDEM数据基础上,提取了坡度、海拔、地势起伏度、山地和平原等因子,将甘肃省划分为20个基本地貌类型单元;利用SRTM-DEM提取的地形坡度、坡向、曲率等数据和MODIS数据中MODIS09GA、MODIS13A2影像提取和反演的土壤亮度、植被指数、水体指数、土壤温度、湿度指数、纹理特征等信息,通过监督分类,将甘肃省的土壤亚类定量划分为36个类型;在此基础上,在山地使用地貌分类指标,在平原使用土壤分类指标将甘肃省草地划分为568个草地亚类。研究结果可以为完善草原综合顺序分类系统,建立类与型之间的桥梁,并最终推进该系统三级分类体系的实用化提供研究思路和方法参考。

适用于3S技术的草地综合顺序分类法水热指标改进

草地类型理论和类型划分是草地科学研究和经营管理的基础。草地综合顺序分类法是有较高科学性的分类体系,但在实际应用中,尤其是引入3S技术时出现了水热条件的以点代面,以相邻生境代实际生境的问题,影响了草地综合顺序分类法的准确性和实际应用。通过对其问题的梳理,提出利用定量遥感反演地表参数以解决上述问题,即用面状的土壤水热指标数据替换点状的站点大气水热指标,旨在为我国草地的精确分类提供新的思路和创新方法。

头颈部脉管性疾病的诊断与治疗

脉管性疾病包括血管瘤和脉管畸形,约60%发生于头颈部。该病虽然治疗方法较多,但由于其发病机制不甚明了,临床治疗仍面临挑战。疾病分类对治疗方法的选择起决定性作用,基于文献和我们的经验,本课题组将脉管性疾病进行分类,提出综合序列治疗的理念及其治疗原则。相关研究成果获上海市科技进步一等奖和国家科技进步二等奖。

基于GIS与草原综合顺序分类法对甘肃省草地类型的划分初探

基于改进的空间要素插值方法,使用DEM海拔高程数据作为修正,在要插值的空间数据与协同因子之间的相关性较高时,可以有效地提高插值结果的精度。对于年积温数据,其与DEM海拔高程之间的相关系数为0.769,相关性较高,故使用DEM的协克里格方法可以有效地提高插值精度,4种插值方法的ME值排序为IDW<Spline<OK<CK。相比较OK法,CK法的插值精度提高了35%以上,故使用CK法对年积温空间数据库进行插值;对于年降水数据,其与DEM海拔高程之间的相关系数为0.372,相关性较低,故使用DEM的协克里格插值方法并不能有效地提高插值精度,4种插值方法的ME值排序为IDW<Spline<CK<OK。OK法的插值精度最高,故使用OK法对年降水数据进行插值。在插值结果的基础上,利用GIS软件的叠加分析功能,计算出了甘肃省的湿润度K值空间数据库,依据草原综合顺序分类法的水热标准,对甘肃省草地类型的划分进行了初步的研究,并制作了甘肃省草地类型分布图。研究结果显示,甘肃省草地分为18个类,横跨了从寒冷到暖热5个热量级,极干到潮湿6个湿润度级。自陇东南向西北形成了森林-森林草原-典型草原-荒漠草原-草原化荒漠-半荒漠-荒漠等植被类型。山地系列自上而下,形成高山-亚高山-草甸-山地森林-草甸草原-典型草原等植被类型,基本上反映了甘肃天然草地发生规律和分布规律,并为后续的相关研究提供了理论基础。

草原综合顺序分类系统研究进展

草地类型是草地资源实体的高度抽象与概括,草地分类是草地类型理论的具体实践,是草业科学研究与实践的基础问题之一。草原综合顺序分类系统(CSCS)以生物气候特征为依据,根据不同的热量级和湿润度将具有同一地带性农业气候特征的草地划为一类。据此所作的分类检索图是草原综合顺序分类法的图谱表达,具有独特的理论意义和应用价值。随着RS、GIS、GPS等技术及地统计学中气象要素空间插值方法的不断改进和完善,草原综合顺序分类系统在提出至今的50多年中在理论及实践方面已取得不少研究成果。系统总结了草原综合顺序分类方法在草地分类中的作用及意义、研究现状、存在的问题及研究展望,以期为该方法在更大范围的推广和应用提供科学依据。

草地土壤有机碳储量模拟技术研究

探知全球草地生态系统的土壤有机碳储量是调控全球陆地碳循环过程的必要环节和最大难题之一。本文回顾了草地生态系统土壤有机碳储量的研究进展,分析了现有的草地土壤有机碳模拟技术——草地土壤有机碳模型的主要技术特征,就模型的基础数据、模型的结构和模型内的函数参数等三方面,讨论了现存草地土壤有机碳模拟技术的缺陷,提出样地清查、遥感分析和模型模拟方法的综合运用将是解决这一问题的根本途径。最后,提出了一种基于草地综合顺序分类系统(comprehensive sequential classification system of grassland,CSCS)的草地土壤有机碳储量分类指数模型的构架。将样地清查、基于CSCS的草地土壤有机碳分类指数模型与遥感的高时空分辨率特征三者耦合起来,分析不同草地类型、气候区划等生态条件下的草地土壤有机碳特征,以求提高草地土壤有机碳估算结果的准确性。此外,草地生态系统土壤的碳汇效应等生态功能与放牧利用不存在绝对对立关系,实现放牧的现代化转型是以对草地土壤有机碳储量精准估算为前提的。

气候变化对青海高原植被演变的影响分析

根据青海省1961-2007年的气候变化趋势,以1987年为界分为两个时段,用综合顺序分类法划分1961-1987年时段和1988-2007年时段青海省植被类型;依据CO2倍增时气温和降水的变化量,模拟了未来气候条件下,CO2倍增时青海省植被类型的演变趋势.结果表明:大部分地区每个阶段的植被类型都是朝着暖干化的方向发展,并且随着气候暖干化的发展,植被类型逐渐减少.

草原综合顺序分类法的新改进Ⅱ 类的计算机检索

收集了全国２３５２个气象台站的草原分类气候资料，在计算机上建立了一个较为完善的数据库，使用者可根据需要任意调用、查询和更正。在此资料的基础上，设计了一个计算机检索软件，具有综合顺序分类法第一级——类的检索功能，同时，使用者还能对数据进行管理。这些为综合顺序分类法类的划分和方便应用，奠定了良好的基础。

改进的综合顺序分类法在青海草地分类中的应用

本研究统计分析了青海省50个气象台站1961-2006年的气象资料,利用改进后的综合顺序分类法划分了青海草原类型第1级-"类"。根据划分结果将全省草地划分为11类,基本符合青海草地类型分布特征,说明了改进的综合顺序分类法在青海进行植被类型划分是可行的。选择刚察、玛多、格尔木3个有代表性的地区,统计分析了它们的湿润度K值和>0℃年积温的变化趋势,同时分析了草场的演替趋势。

草原综合顺序分类法的新改进Ⅰ类的划分指标及其分类检索图

根据全国２３５２个气象站３０年以上的气候资料以及其他资料，对草原的综合顺序分类法第一级分类的热量级、湿润度级指标进行了修正，设计了新的分类检索图，将地带性和非地带性（草甸和沼泽）的天然草地，以及人工草地的类，纳入到统一的检索图中，并可进行计算机检索。

基于草地综合顺序分类法的CASA模型改进

将任继周等提出的草原综合顺序分类法的草原分类气候指标>0℃年积温(Σθ)和湿润度指标(K)引入CASA模型,对水分胁迫因子的计算进行改进,避免了复杂的土壤参数,仅用>0℃年积温和K值就可计算水分胁迫因子,极大地简化了模型。同时调整了CASA模型最大光能利用率的固定取值,使之成为适合中国草地净第一性生产力(NPP)估算的模型。改进的CASA模型实现了草地NPP模拟与草地综合顺序分类系统的耦合,能更好地反映草地类型与草地NPP的关系,为研究草地NPP的区域分布和全球分布提供了理论依据。

基于GIS的甘南高原草原分类与制图研究

在草原的综合顺序分类法理论指导下,利用GIS技术手段,通过对甘南高原及其周边区域气象台站>0℃年积温和年湿润度的空间插值、重分类、空间叠置,生成了甘南高原1km×1km精度的草原类型图。结果表明,甘南高原共有11个草原类,寒冷潮湿多雨冻原、高山草甸类分布范围最广,其次是寒温潮湿寒温性针叶林类,这2种类型面积占到总面积的96.0%。