基于MODIS的农田净初级生产力遥感方法研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 陈华 |
| 答辩日期 | 2005-08-26 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 庄大方 |
| 关键词 | 农作物 分布提取 NPP MODIS 太阳辐射估算模式 黄淮海 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 本文以2002年MODIS为数据源，结合2002年常规气象观测数据、农业气象观测数据，播种面积统计数据，以黄淮海地区为例，提取了主要作物（冬小麦、夏玉米）的分布，利用优化后的CASA模型，对冬小麦和夏玉米的净初级生产力(NPP)进行模拟，分析其时空分布影响因素和地域分异规律。研究的主要内容有：1.基于MODIS时间序列的冬小麦、夏玉米分布提取以2002年农业统计播种面积数据为基础，以2002年MODIS为数据源，结合农业气象观测站冬小麦、夏玉米物候期观测数据，在分析冬小麦、夏玉米时间序列绿度特征基础上，建立提取模式，进行冬小麦、夏玉米分布提取。分述如下：（1）基于MODIS植被指数峰谷特征的提取模式通过对研究区农业气象站冬小麦、夏玉米物候期观测资料的分析，以及对研究区8天合成MODISNDVI时间序列资料的分析，提出基于冬小麦-夏玉米峰谷特征的提取模式。（2）冬小麦分布的提取通过密度分割法确定研究区部分县市区的阈值，建立了阈值与纬度的关系，进而推出整个研究区每一个象元进行提取所需的阈值。利用该阈值对研究区冬小麦分布进行提取。利用没有参加建模的部分县市区的冬小麦播种面积数据，对提取的分布图进行精度分析。结果表明，提取的各样本冬小麦总面积误差为8.85%，各样本的平均精度为67.52%，即基于纬度获取象元水平阈值的提取方法是可行的。（3）夏玉米分布提取以农业统计年鉴提供的研究区域县、市、区的夏玉米播种面积数据作为参照，利用部分县市区数据，通过密度分割法确定各县市区的阈值，分析阈值与纬度的关系，结果表明二者关系不显著，说明玉米阈值受到非纬度条件的影响。不能通过纬度得到像元水平上的阈值，因此直接利用各县市区的阈值对区域夏玉米分布进行提取。（4）冬小麦、夏玉米分布的地域特征通过分区统计表明，研究区的冬小麦、夏玉米分布具有明显的地域分布特征，在生产条件较差的丘陵地带和滨海平原分布较少，而在生产条件较好的山前平原区分布较广泛。这也表明提取的分布是合理的。2.基于优化后的CASA模型的冬小麦、夏玉米NPP模拟参照前人研究成果，对CASA模型进行参数化和模块优化，利用本文提出的太阳辐射估算模式进行区域太阳辐射的模拟，获取CASA模型中需要的太阳辐射数据，结合常规气象观测数据和MODIS数据，运行模型得到区域NPP。（1）CASA模型的优化与参数化CASA模型利用土壤水分动态平衡模型推算水分对最大光能利用率的限制因子，模型没有考虑灌溉的影响。本文利用与土壤含水量和植物体含水量有直接关系的VPM模型的水分限制因子，代替CASA模型原来的水分限制因子。最大光能利用率是CASA模型中的重要参数，本文参考前人成果(Lobell,2002)，冬小麦和夏玉米分别采用各自的参数值：0.51gC/MJ和0.66gC/MJ。CASA模型中FPAR的估算使用的是基于NOAA的AVHRR数据特点确定的Selleretal.(1992)的FPAR模型，不适于MODIS，本文采用MODIS的FPAR产品(MOD15)的查找表方法(Mynenietal.,1999)对FPAR进行计算，取代原来的FPAR估算方法。（2）生态模型中太阳辐射的估算新模式CASA模型及其他NPP模型几乎都需要太阳辐射数据。本文建立了一个基于日没时角和日照百分数的太阳辐射估算新模式。该模式能够反映出纬度与时间对太阳辐射与日照百分数关系的影响，避免了传统模式为了提高精度需要分区按月确定太阳辐射与日照百分数之间经验系数的缺点。与其他7个常用太阳辐射估算模式的比较表明，该模式结果可靠，并且是几个模型中性能最好的一个。3.冬小麦、夏玉米NPP时空分布特点与影响因素分析（1）冬小麦、夏玉米NPP时空分布特点利用上述NPP模型和冬小麦、夏玉米空间分布图，本文对2002年冬小麦、夏玉米NPP进行模拟。模拟结果表明，研究区冬小麦NPP总量为60.280TgC,玉米NPP总量为41.319TgC；在时间上，NPP体现为双峰特征；在空间上，冬小麦NPP比夏玉米NPP表现出很好的纬度地带性。（2）冬小麦、夏玉米NPP与气象因素的关系冬小麦、夏玉米NPP与温度、降水、辐射、日照和经纬度的关系比较密切。冬小麦NPP随着纬度的减少而增加，与温度和降水成正比；夏玉米NPP随纬度的增加而增加，与辐射和日照成正比。这反映出温度和降水是冬小麦NPP的主要影响因素，而辐射和日照是夏玉米NPP的主要限制因子。（3）冬小麦、夏玉米NPP与地域条件的关系除了气候方面的影响，冬小麦、夏玉米NPP还受到地貌、土壤、水文地质等条件的影响。在黄淮海地区，地貌是构成这些限制条件的主要因素。在丘陵区NPP较低；在山前平原NPP较高；在低平原区，NPP较低；在沿海平原区NPP很低。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-12-16 |
| 源URL | [http://192.168.22.105/handle/311030/42]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 陈华. 基于MODIS的农田净初级生产力遥感方法研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院研究生院. 2005. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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