基于CASA模型的俄羅斯布里亞特共和國(guó)植被NPP變化及其對(duì)氣候的響應(yīng).pdf

1、植被作為地表碳循環(huán)重要組分，其凈初級(jí)生產(chǎn)力（NPP）不僅直接反映自然環(huán)境條件下植被群落生產(chǎn)能力，表征陸地生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量狀況；而且也是判定生態(tài)系統(tǒng)碳源、碳匯以及調(diào)節(jié)生態(tài)過(guò)程的主要因子。近20多年來(lái)，隨溫室效應(yīng)等氣候與環(huán)境問(wèn)題加劇，聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約（己fNFCCC）外交談判中，對(duì)碳循環(huán)需要提供更充分的科學(xué)依據(jù)。因此，了解我國(guó)及周邊地區(qū)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳收支時(shí)空格局及其變化趨勢(shì)，具有重要科學(xué)與政治意義。
　　 以TM和MODIS ND

2、VI為遙感數(shù)據(jù)源，輔以地面氣象觀測(cè)和其它本底數(shù)據(jù)，綜合利用遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS）和全球定位系統(tǒng)技術(shù)（GPS），并應(yīng)用改進(jìn)后CASA模型，模擬估算俄羅斯布里亞特共和國(guó)地區(qū)2000-2008年的植被NPP年際、季節(jié)和月份變化動(dòng)態(tài)。同時(shí)，以實(shí)測(cè)NPP數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型適用性和精度，分析其對(duì)氣候因子的響應(yīng)方式和反饋機(jī)制，初步揭示影響NPP變化的氣候驅(qū)動(dòng)機(jī)制。1 CASA模型的改進(jìn)
　　 CASA模型分為光合有效輻射、光能

3、利用率和土壤含水量3個(gè)子模型。由于CASA模型土壤含水量子模型較復(fù)雜，數(shù)據(jù)獲取有一定難度；所以對(duì)其先進(jìn)行簡(jiǎn)化和優(yōu)化，將原模型中表示土壤水分的蒸發(fā)潛力，即相對(duì)干燥率（RDR）和可能蒸散量（PET），通過(guò)生物溫度來(lái)計(jì)算。
　　 通過(guò)NPP實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、MODIS NPP數(shù)據(jù)產(chǎn)品和其它模型的模擬結(jié)果對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的CASA模型，其模擬值分布于趨勢(shì)線附近，均值接近，分別為323.69 gC.m-2和355.68 gC.m-2，平均相對(duì)

4、誤差4.94％。實(shí)測(cè)值和模擬值間的相關(guān)系數(shù)R為0.88（P<0.01），說(shuō)明，改進(jìn)后的CASA模型模擬精度較高，可運(yùn)用于布里亞特共和國(guó)地區(qū)植被NPP估算。2 NDVI和EVI對(duì)比分析
　　 植被NDVI最大和最小值分別出現(xiàn)在伊沃爾金斯基和塔爾布加泰斯基地區(qū)，而EVI最大和最小值則出現(xiàn)在塔爾布加泰斯基和伊沃爾金斯基地區(qū)。
　　 不同地區(qū)最大與最小NDVI均值的植被類型不同在伊沃爾金斯基和穆哈爾什比爾斯基地區(qū)，森林植被最大，

5、稀樹(shù)草原最??；在吉丁斯基地區(qū)，草原與森林混合植被最大，高山植被最??；在塔爾布加泰斯基地區(qū)，森林最大，草原與森林混合植被最小，而恰赫金斯基地區(qū)則與之相反；在比丘爾斯基地區(qū)，森林>稀樹(shù)草原；在色楞津斯基地區(qū)沼澤、草地最大，高山植被最小。
　　 不同地區(qū)最大與最小EVI均值的植被類型不同在伊沃爾金斯基地區(qū)，草原與森林混合植被最大，森林最?。辉诩∷够貐^(qū)，沼澤和草地最大，草原與森林混合植被最??；在塔爾布加泰斯基地區(qū)，草原與森林混合植被

6、最大，稀樹(shù)草原最?。辉谇『战鹚够貐^(qū)，森林植被最大，草原與森林混合植被最??；在比丘爾斯基地區(qū)，稀樹(shù)草原>森林：在穆哈爾什比爾斯基地區(qū)，稀樹(shù)草原最大，森林最??；在色楞津斯基地區(qū)，高山植被最大，沼澤和草地最小。
　　 整個(gè)南部地區(qū)森林植被的NDVI和EVI值最大，沼澤和草地最小。NDVI的最大值、最小值、均值和標(biāo)準(zhǔn)差變化范圍均明顯>EVI。NDVI能客觀地區(qū)分不同類型植被，利于植被類型遙感解譯和定量分析。
　　 3植被NPP

7、時(shí)空分布格局
　　 年際變化2000-2008年，布里亞特共和國(guó)植被NPP總體為波動(dòng)中呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，均值為544.29gC·m-2.a-1，總量為1.91E+14gC·a-1，平均增幅為0.39gC·m-2·a-1。2001年和2003年為植被NPP低值期，2003'年達(dá)最小值，為345.94gC·m-2·a-1。2003年以后，植被NPP呈上升趨勢(shì)，至2008年達(dá)最大值，為668.76gC·m-2·a-1；且2003-2004

8、年、2007-2008年增長(zhǎng)幅度大，其余年份增幅平緩。
　　 月際和季節(jié)變化2000-2008年，布里亞特共和國(guó)植被MPP的月變化為，1-3月，單位面積內(nèi)植被NPP約為0，最小值出現(xiàn)在2月，為0.002gC·m-2·month-1；自4月開(kāi)始，其植被NPP急速增長(zhǎng)，至7月達(dá)峰值，為131.13gC·m-2.month-1；隨后急驟下降，11-12月降至0左右。生長(zhǎng)季（4-1O月）的NPP均值總量為537.37gC·m-2。春（3

9、-5月）、夏、秋和冬季的NPP總量分別為81.83 gC·m-2、365.73gC·m-2、94.16 gC·m-2和0.73gC·m-2，分別占全年的15.08％、67.42％、17.36％和0.14％。
　　 區(qū)域變化23個(gè)轄區(qū)中，烏蘭烏德市、奧金斯基地區(qū)的植被NPP值在年際和月際水平上都較低：而伊沃爾金斯基、普里貝加爾斯基、扎卡緬斯基地區(qū)和比丘爾斯基地區(qū)則較高。
　　 經(jīng)緯向變化無(wú)論年際還是月際水平上，在經(jīng)度上，植

10、被NPP均表現(xiàn)為雙峰分布格局，總體表現(xiàn)為隨經(jīng)度遞增而增大規(guī)律；在緯度上，植被NPP表現(xiàn)為單峰分布格局，總體表現(xiàn)為隨緯度遞增而減小規(guī)律。
　　 空間變化2000-2008年，布里亞特共和國(guó)植被NPP增加的區(qū)域主要分布在北部及西部地區(qū)。由西南向東北，其NPP表現(xiàn)出增加、變化平緩和增加的變化趨勢(shì)。絕大部分地區(qū)的植被NPP變化不顯著（p>0.05），占植被總面積的88.95％；而變化顯著地區(qū)（p<0.05）僅占總面積的11.05％。75

11、.05％的植被NPP呈增加趨勢(shì)，其中顯著（p<0.05）和極顯著（p<0.01）增加面積占總面積的9.77％：24.95％的植被NPP呈降低趨勢(shì)，其中極顯著（P<0.01）降低的面積僅占總面積的0.23％。
　　 植被類型變化年際水平上，不同植被類型NPP在2000-2001年和2002-2003年為下降趨勢(shì)，而2001-2002年和2003-2008年為上升趨勢(shì)；與2000-2008年所有植被NPP的年際變化規(guī)律一致。月際水平

12、上，不同植被類型NPP積累均集中于生長(zhǎng)季（4-10月），11-3月不同植被類型NPP都保持在0左右。4-7月和8-10月分別為植被NPP積累增長(zhǎng)期和遞減期，且遞增和遞減速率較大。4植被NPP與氣候因子相互關(guān)系分析
　　 植被NPP與氣候因子相關(guān)性通過(guò)對(duì)該區(qū)植被NPP與主要?dú)夂蛞蜃拥暮?jiǎn)單相關(guān)性和偏相關(guān)性分析，得知，年際水平上，植被NPP與主要?dú)夂蛞蜃泳鶡o(wú)呈顯著相關(guān)性（p>0.05）：但月份水平上，其相關(guān)性均呈極顯著水平（P<0.0

13、1）。
　　 溫度和降水量對(duì)植被NPP的空間響應(yīng)布里亞特共和國(guó)地區(qū)西部、南部小面積地區(qū)和貝加爾湖沿岸地區(qū)以及北部大面積地區(qū)的植被NPP均與溫度呈顯著正相關(guān)（P<0.05），西部和北部大面積地區(qū)均與降水量呈顯著正相關(guān)（P<0.05），而中部地區(qū)與降水量呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05或p<0.01）。說(shuō)明，西部和北部地區(qū)的植被生長(zhǎng)主要受溫度和降水共同影響，南部和貝加爾湖沿岸地區(qū)的則主要受溫度影響。
　　 在綜合運(yùn)用遙感數(shù)