基于CASA模型的呼伦贝尔地区NPP估算研究

论文摘要

呼伦贝尔市处于内蒙古自治区的东北部地区,属于西北干旱区向东北湿润区和华北旱作农业区的过渡地带,对于保障我国的生态安全和可持续发展具有重要的意义。草地植被是草地生态系统中的第一性生产者,对区域甚至全球气候和环境变化具有很大的影响作用。本论文根据CASA模型估算呼伦贝尔地区的NPP,采用遥感数据,以草地植被作为草地生态系统研究的主体,对草地状况进行监测、分析计算和评价。植被净初级生产力(NPP)是指绿色植物在单位时间内、单位面积上所积累的有机物的量。NPP作为地表碳循环的重要组成部分,不仅直接反映了植被群落在自然环境条件下的生产能力,表征陆地生态系统的质量状况,而且是判定生态系统碳源/汇和调节生态过程的主要因子,在全球变化及碳平衡中起着重要作用。近30年来,随着人类活动的影响,温室效应等气候和环境问题日益突出,使得陆地生态系统的碳收支的时空变化成为一项研究趋势。本文主要运用地理信息系统和CASA遥感模型,利用MODIS遥感数据、气象数据及相关资料,估算内蒙古呼伦贝尔地区的NPP,并将估算结果与实测数据进行对比研究,从而验证CASA模型的精度,并改进该模型。CASA模型从其产生开始就是基于大尺度甚至全球的空间验证,模型中的许多参数均是从区域甚至全球给定的,本论文拟应用CASA模型来模拟出呼伦贝尔草原生态系统的净初级生产力,并利用该生态系统的野外实测地上生物量数据进行模拟验证,旨在验证CASA模型的动态模拟能力,以评价CASA模型反映NPP空间变异特征的准确性及阐释程度。本研究主要得出了以下结论:(一) CASA模型的改进及实现以CASA模型的基本结构为基础,考虑到最大光能利用率的取值在不同的地表植被类型中存在的差异,结合呼伦贝尔地区存在不同植被类型的实际情况,对CASA模型进行了一些改进,通过对NPP结果与实测数据及其他模型的对比验证,发现改进后的CASA模型对小尺度植被NPP的模拟效果较好。(二)本文估算了呼伦贝尔草原地区的NPP,研究表明在研究区内自东北向西南NPP值逐渐减小。以大兴安岭岭东针叶林区最高,该区植被生长季长,固碳力强;西南部,呼伦湖以西的退化的荒漠草原NPP偏低,主要是由于该区土壤沙化严重,水缺乏,限制了NPP的积累。(三)全区内NPP值受植被指数、温度以及降水量共同的影响。同时也发现植被指数NDVI的值对NPP的值的影响很大。(四)不同模型估算得出的NPP值,虽然存在一定的差异,但是总体的增减趋势是一致的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.1.1 有关碳循环的一些概念
• 1.1.2 碳循环的研究意义
• 1.2 国内外碳循环研究现状
• 1.2.1 国内外研究进展
• 1.2.2 碳循环研究的方法
• 2 研究区概况及技术方案
• 2.1 研究区概况
• 2.1.1 地理位置及地形地貌
• 2.1.2 气候水文
• 2.1.3 土壤
• 2.1.4 植被类型
• 2.1.5 自然资源及矿产资源
• 2.1.6 人口、政治和经济
• 2.2 技术方案
• 2.2.1 研究内容
• 2.2.2 研究方法
• 2.2.3 模型选择
• 2.2.4 技术路线
• 2.3 本论文的研究目标
• 3 CASA 模型
• 3.1 CASA 模型的研究进展
• 3.2 CASA 模型介绍
• 3.2.1 CASA 模型估算NPP 流程图
• 3.2.2 光合有效辐射的确定（APAR）
• 3.2.3 光能转化率的确定
• 3.2.4 原CASA 模型中水分胁迫影响系数Wε（x,t）
• 3.3 本文对原CASA 模型不足的改进
• 3.3.1 原始CASA 模型的不足
• 3.3.2 植物吸收的光合有效辐射（APAR）算法的改进
• 3.3.3 光利用率的取值
• 4 数据采集与处理
• 4.1 遥感数据
• 4.1.1 遥感数据的获取
• 4.1.2 遥感数据的处理
• 4.2 气象数据
• 4.2.1 气象数据的采集
• 4.2.2 气象数据的处理
• 4.3 CASA 模型的应用
• 5 研究区NPP 估算结果对比分析
• 5.1 模型结果检验
• 5.2 与实测数据的对比验证
• 5.2.1 实验与测定方法
• 5.2.2 样方法的数据处理和植被光谱数据的处理
• 5.2.3 利用高光谱数据计算NPP
• 5.3 CASA 模型与其他结果比较
• 5.3.1 CASA 模型与野外实测数据对比
• 5.3.2 与其他光能利用率模型的验证
• 5.4 模型结果分析
• 5.5 研究区NPP 影响气候因子分析
• 5.5.1 降水量与植被NPP 关系分析
• 5.5.2 温度与植被NPP 的关系分析
• 5.6 NPP 估算方法的研究方向
• 6 研究结论创新与问题
• 6.1 研究结论
• 6.2 存在问题及改进
• 参考文献
• 致谢