安徽省植被净初级生产力估算——基于改进的CASA模型

定量估算植被净初级生产力(NPP)对预测陆地碳循环趋势具有重要意义,目前广泛应用于NPP估算的CASA模型其精度仍有待提高。在已有CASA模型优化的基础上,考虑最大光能利用率(LUE_max)的动态变化来改进CASA模型,对改进前后的模拟结果进行比较,并利用改进后的模型估算2001—2020年安徽省植被NPP。结论如下：(1)改进的CASA模型可应用于研究区的植被NPP估算,NPP模拟值与实测值之间的相关性达到显著水平(R²=0.736,P<0.01)。(2)改进后模拟的安徽省植被NPP在空间表达上能够呈现更多细节,时间上较改进前在生长季NPP值更高,非生长季值更低,拉大了NPP的年内变化。(3)2001—2020年安徽省植被NPP整体呈波动上升趋势,多年平均值为547.61 gC m^-2 a^-1,年均增长量达2.18 gC m^-2 a^-1,2016—2020年间NPP增长最快。年内NPP具有明显的季节差异,表现为夏季>秋季>春季>冬...     

2000年以来中国潜在植被净初级生产力的时空分布模拟

潜在植被的净初级生产力(PNPP)是在无人类干扰情况下,立地所能发育形成最稳定成熟植被的净初级生产力,PNPP能够直接反映自然生态系统的质量状况,是分离人类活动对生态环境影响的重要指标。研究改进了CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型,引入潜在光合有效辐射吸收比例(PFPAR)模拟了2000—2020年中国植被PNPP的时空分布格局。结果表明：中国PNPP空间分布差异较大,东南沿海和东北大、小兴安岭地区PNPP较高,新疆、西藏等西部干旱、高寒地区PNPP较低,呈现以400 mm等降水量线为界的空间分异格局。2000—2020年,中国PNPP总体上呈现递增趋势,年际波动小,PNPP减少的区域与增加的区域面积基本相等。PNPP波动较大的地区主要位于青藏高原、四川盆地和贵州高原。研究结果量化了气候变化背景下真实的生态状况和潜在生态状况的差异,可分离出人类活动对自然生态系统的直接影响,为制定针对性的生态修复对策提供了科学依据。     

基于CASA模型研究祁连山地区植被净初级生产力的时空变化

基于2003~2012年的遥感数据及DEM高程模型校准后的气候数据,利用CASA模型估算了祁连山地区植被净初级生产力(NPP),并对NPP的年内、年际变化以及时空分布规律和变化趋势进行分析。结果表明:(1)祁连山地区年内NPP集中在6~8月,占全年NPP总量的86.39%;2003~2007年,NPP年均值在165.28~192.75g·m-2·a-1之间小幅波动;2007~2009年呈现出较明显的下降趋势,由168.63g·m-2·a-1下降到153.17g·m-2·a-1;2009~2012年表现出明显的上升趋势,最大值达207.13g·m-2·a-1。(2)祁连山地区的NPP东西部分布差异大,东部地区大多在200~400g·m-2·a-1之间,部分地区可达500g·m-2·a-1之上;中部地区存在较明显的南北差异,南部大多地区在100~300g·m-2·a-1之间,北部大多地区在100~400g·m-2·a-1之间;西部广大地区大多在0~100g·m-2·a-1之间,荒漠和高山冰雪覆盖区域生物量最低。(3)近十年来,祁连山地区的NPP呈波动增加趋势,增加面积约9 867km2,约占植被总面积的21.19%,减少面积约8 173km2,约占植被总面积的17.52%,表明祁连山的生态健康水平总体在改善但局部在恶化。     

汉江流域植被净初级生产力时空格局及成因

运用MOD17A3-NPP等数据,分析汉江流域植被NPP的时空格局及其形成演变机理,为区域生态环境管治提供科学理论依据。运用GIS空间分析法、线性拟合法研究流域NPP的时空格局,结合相关系数法、土地利用程度指数等方法探析成因。结果显示:(1)汉江流域植被NPP多年平均值为439 g C m~(-2)a~(-1),整体呈微小的波动上升趋势,年增长幅度为3.11 g C m~(-2)a~(-1)。植被NPP集中分布在300—600 g C m~(-2)a~(-1),占全域面积的83.65%。(2)从流域空间上看,多年平均NPP呈上游中游下游,各子流域内部差异呈上游中游下游。高值区集中分布在汉中,十堰、襄樊和荆门平均NPP呈下降趋势的所占面积最大。(3)垂直景观上植被NPP的空间分布往往受水热综合作用的影响,汉江流域降水是植被NPP累积的主要制约因素。(4)垂直方向上NPP呈规律性变化:高程上表现为\"陡升-下降-缓升-陡降,坡向上为阳坡半阳坡半阴坡阴坡。(5)浅山丘陵区NPP变化主要受土地利用方式的影响,高山区NPP变化受气候变化的影响。汉江流域植被NPP稳定,中下游平原区植被NPP略有下降;气候和地形特征决定了植被NPP的空间分布特征,气候变化和人类活动对植被NPP的变化有重要影响。     

2008—2018年伊犁河流域植被净初级生产力时空分异特征

基于MODIS数据和改进的光能利用率模型(CASA模型)对2008—2018年伊犁河流域植被净初级生产力(NPP)进行估算,通过一元线性回归趋势分析、变异系数、Hurst指数等方法对其时空分异特征进行分析。结论如下：(1)时间特征上,伊犁河流域植被NPP呈现波动上升趋势,年内植被NPP呈现出“单峰型”特点,该流域四季植被NPP大小关系为：夏季>春季>秋季>冬季;(2)空间特征上,伊犁河流域植被NPP呈现东北低西南高,沿天山山脉呈环状分布,各植被类型NPP的大小为：林地(624.13 g C m^-2 a^-1)>耕地(575.04 g C m^-2 a^-1)>草地(270.57 g C m^-2 a^-1)>裸地(114.26 g C m^-2 a^-1)。该流域植被NPP在海拔、经纬度方面均呈现不同的变化特征。(3)空间稳定性上,伊犁河流域植被NPP存在明显的空间差异性,各变异程度...     

2000年来吕梁连片贫困区植被净初级生产力时空变化特征

多年来吕梁连片贫困区实施的生态恢复措施对其生态环境产生了较大影响,为掌握该区域在生态恢复措施实施(2000年)以来植被净初级生产力的变化状况,利用2000—2018年时序的遥感数据和基于光能利用率的CASA模型对其进行了模拟,并分析了导致其变化的主要控制因素,结果显示:(1)2000年以来吕梁连片贫困区NPP整体上升,其中93.46%的区域NPP呈增长状态,6.54%的区域呈减少状态,2010—2015年区域NPP出现下降。(2)受人类活动影响,过去18年来区域土地利用类型变化较为显著,耕地面积缩减,草地面积基本保持稳定,林地与城镇面积增加且城镇面积扩张迅速,不同土地利用下的NPP特征差异显著,耕地NPP年均值增长最为迅速,为5.9 gC m^-2 a^-1,林地最为平稳,为1.32 gC m^-2 a^-1。(3)研究区降水量波动对区域NPP的变化影响显著,未来气候变化中降水量的变化可能对区域NPP产生直接影响。研究结果将为区域生态恢复、精准扶贫及黄河中游地区的经济发展提供重要的理论支撑。     

基于CASA模型的内蒙古典型草原植被净初级生产力动态模拟

 植被净初级生产力及其对气候变化的响应研究是全球变化的核心内容之一。在利用内蒙古典型草原连续13年的地上生物量资料对基于遥感信息的生态系统碳循环过程CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型验证的基础上, 分析了内蒙古典型草原1982~2002年植被净初级生产力(Net primary productivity, NPP)的时间变异及其影响因子。结果表明: 1) 1982~2002年21年间内蒙古典型草原的平均年NPP为290.23 g C·m^–2·a^–1, 变化范围为 145.80~502.84 g C·m^–2·a^–1; 2)内蒙古典型草原NPP呈增加趋势, 但没有达到显著性水平, 其中1982~1999年的18年间NPP呈现非常显著的增加趋势(p<0.01), NPP增加的直接原因是由于生长旺季生长本身增强所致; 3)内蒙古典型草原NPP与年降水量呈极显著的相关关系, 年降水量显著影响NPP的变异, 而NPP与年均温无显著相关关系。     

中国陆地植被净初级生产力估算模型优化与分析——基于中国生态系统研究网络数据

该研究基于中国生态系统研究网络(CERN)数据对传统CASA模型进行优化,对比两叶模型与优化CASA模型在站点尺度和像元尺度对于8个典型生态站点的植被净初级生产力(NPP)估算精度,选择在像元尺度表现更好的优化CASA模型,结合中国土地覆被数据(ChinaCover)开展2000—2019年中国陆地植被NPP监测与分析。研究结果表明：(1)基于FY2D PAR的优化方案能够有效避免空间插值导致的不确定性问题,显著提高了PAR估算精度;(2)在站点尺度上,两叶模型用于估算典型森林、草地生态系统的NPP表现更好,而在像元尺度上优化CASA模型估算精度更高;(3)在全国尺度上,优化了最大光能利用率、水分胁迫系数以及光合有效辐射计算方法的CASA模型能够较好地模拟中国陆地植被NPP,近20年中国陆地植被NPP变化范围为2.703—2.882 PgC/a,在空间上呈西北低东南高的格局,在时间上呈现波动中缓慢增加的趋势。     

基于耦合模型的干旱区植被净初级生产力估算

净初级生产力是陆地生态系统物质与能量运转研究的基础, 在干旱区生态环境演变及其与气候相互作用和影响方面极为敏感,是揭示干旱区生态环境特征的重要指标.本研究基于RS和GIS技术,利用地面气象数据、涡度相关数据、Landsat 8数据和MODIS数据,通过SEBAL模型和光能利用率模型的耦合,估算了新疆玛纳斯河流域植被净初级生产力(NPP),分析了其空间格局及与高程和坡度的关系.结果表明: SEBAL模型与光能利用率模型的耦合对玛纳斯河流域山地-绿洲-荒漠生态系统植被NPP的模拟效果较合理,能较好地反映植被净初级生产力的实际情况;2013年,玛纳斯河流域植被NPP总量为7066.72 Tg C·a^-1,平均值为278.06 g C·m^-2·a^-1,总体分布趋势是自南向北先增加后减少再增加最后减少,随着地貌和土地利用类型的变化呈现明显的分布规律,且其月变化比较明显,7—8月达到最大值,占总量NPP的52.2%;植被净初级生产力随海拔和坡度的增加整体呈下降趋势,但随海拔增加植被NPP出现3次波动.这些波动主要由地表植被覆盖类型和环境因素所引起.     

中国东北样带植被净初级生产力时空动态遥感模拟

 中国东北样带(Northeast China Transect, NECT)是中纬度半干旱区的国际地圈-生物圈计划(IGBP)陆地样带之一, 是全球变化研究的 重要手段与热点。该研究应用生态系统碳循环过程CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型分析了NECT从1982~1999年植被净初级生产力 (Net primary productivity, NPP)的时空变异及其影响因子。结果表明, 1) 1982~1999年NECT植被NPP为58 ~ 811 g C·m^–2·a^–1, 平均为426 g C·m^–2·a^–1, 大体上呈现由东向西逐渐递减的趋势; 2)研究时段内NECT的总NPP变异范围是0.218 ~ 0.325 Pg C, 平均为0.270 Pg C (1 Pg = 10¹⁵ g); 3) NECT的总NPP在过去18年内整体呈显著性增加趋势, 其中从1982~1990年样带NPP呈显著性增加趋势, 而后期1991~1999样带NPP没 有显著性变化趋势; 4)沿NECT不同植被类型对气候变化的响应特征是不同的, 在研究时段内, 农田、典型草原和草甸草原表现出最大的NPP增加 量, 而典型草原、荒漠草原对气候变化表现出高的敏感性; 5) NECT植被NPP的空间分布格局是由年降水量的分布格局所决定, 而NPP的时间变异 则由年降水量、年太阳总辐射的变化所影响驱动。     

2000-2015年宁夏草地净初级生产力时空特征及其气候响应

草地是宁夏陆地生态系统的重要组成部分,估算其净初级生产力（NPP）对宁夏草地可持续利用与管理至关重要。采用MODIS数据和CASA模型对2000-2015年间宁夏草地生态系统NPP进行了估算,通过一元线性回归趋势分析、Hurst指数等方法研究草地NPP的时空变化规律及未来演变趋势,并分析草地NPP与气象因子的相关性。结果表明：（1）基于CASA模型的宁夏草地NPP模拟精度高,其估算值与实测多年草地NPP均值具有良好的线性关系（R=0.93,P < 0.01）,与MOD17产品的草地NPP空间分布基本一致。（2）近16 a宁夏草地年均NPP为148.28 g C m^-2 a^-1,且存在波动上升的趋势,其线性增长率为3.84 g C m^-2 a^-1（P < 0.01）。（3）宁夏草地NPP整体处于上升趋势,草地NPP增长的草地面积达98%,且其增率自南向北递减;宁夏草地NPP的Hurst指数在0.27-0.81之间,均值为0.53,大部分草地的NPP变化趋势具有较强同向持续性。（4）在年时间尺度上,宁夏草地NPP主要受降水量的影响,与气温的相关性较弱;在月时间尺度上,生长季草地NPP与月总降水量的相关性高,且不存在时间滞后响应现象,而与月均温的响应则存在1个月的时间滞后性,宁夏大面积分布的干草原与荒漠草原NPP对气温响应滞后是导致这一现象发生的主要原因。     

黄土高原草地净初级生产力时空趋势及其驱动因素

草地净初级生产力是生态系统碳循环的关键环节和重要组成部分.本研究使用分段线性回归分析和Pearson相关分析,分析了黄土高原2000-2015年间土地利用类型未改变的草地净初级生产力(NPP)的变化趋势及气候核心因子(年降水量、年强降水量、年有效降水日数、年平均温度、年最高温度、年最低温度)对NPP变化的影响,并借助增...     

1996-2015年滇西北香格里拉植被净初级生产力变化

地处青藏高原东南缘的滇西北香格里拉,其植被NPP的时空格局变化,对于深入了解青藏高原区域植被对气候变化的响应具有重要的科学意义。基于地面气象数据和MODIS-NDVI等遥感数据,运用改进的CASA模型,估算了1996—2015年香格里拉区域不同植被类型NPP,分析探讨了区域植被NPP的演变特征及其对气候变化的响应规律。研究显示:1)1995—2015年间,香格里拉区域6—8月平均气温总体呈上升趋势,增速为0.037℃/a; 6—8月总降水量为373.1 mm,呈微弱下降趋势;20年间辐射量基本维持波动稳定状态;2)1996—2015年,香格里拉区域6—8月最大月植被NPP平均值为176.9 gC/m~2,不同植被类型的变化范围为128.9—286.9 gC/m~2;空间格局上,表现为\"从西北、东南及金沙江沿岸向中部递减\"的特征;3)香格里拉区域植被NPP显著地受到气温变化的调控(P<0.05),20年间随着气温的持续升高,区域NPP总体呈增加趋势;4)区域植被NPP未表现出受降水变化的显著影响(P>0.05),水分条件对区域植被NPP未形成限制性的影响作用。区域内植被NPP...     

内蒙古高原内陆河流域植被净初级生产力时空演变特征及其驱动因素

认识内陆河流域植被净初级生产力时空演变特征及驱动因素对于流域的可持续发展具有重要意义。基于Carnegie-Ames-Stanford Approach（CASA）模型计算了1984—2015年内蒙古高原内陆河流域净初级生产力（NPP）并验证模型精度,运用Theil-Sen中值法、Mann-Kendall趋势检验和重心模型等方法分析NPP时空变化规律,运用pearson相关系数分析NPP与气候因子（降水和气温）之间的相关性,采用交叉小波方法分析降水、气温、厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）、北极涛动（AO）、太阳黑子（sunspot）对植被NPP的驱动作用。结果表明：（1）高原内陆河流域1984—2015年NPP年均值介于85.548 gC m^-2 a^-1（2007年）—130.344 gC m^-2 a^-1（2012年）,多年均值为103.737 gC m^-2 a^-1,2007—2012年NPP明显增加。（2）大多数地区表现为稳定状态,NPP极显著减少、显著减少、不显著减少、不显著增加、显著增加和极显著增加的区域面积占比分别为5.2%、3.2%、44.2%、37.8%、4.3%和5.3%。（3）高原内陆河流域NPP的重心主要分布在阿巴嘎旗和锡林浩特市的交界处,即高原内陆河流域偏东部地区,NPP重心在东北地区较多,占比为75%,这表明NPP在东北地区增速远高于其他地区。（4）降水对高原内陆河流域NPP影响较大,而气温对高原内陆河流域NPP影响较小。大气环流因子以及太阳黑子与内陆河流域植被NPP均存在相关关系,ENSO对植被NPP的影响最大。