森林生态系统生产力遥感模型研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 夏朝宗 |
| 答辩日期 | 2004-06 |
| 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 | 熊利亚 |
| 关键词 | 森林 NPP Forest-BGPG 遥感光合有效辐射 最大光合利用率 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 作为陆地生态系统中物质与能量运转研究的重要环节，陆地植被净第一性生产力（NPP）研究为陆地植被生长或生产活动提供精确且连续的测量手段，具有重要的理论和实践意义，是全球变化及碳循环研究的基础性内容，为植物估产、生态环境保护及国土资源的开发建设提供科学依据。 森林作为陆地植被的重要组成，在全球碳循环研究中占有重要地位。传统的气候统计模型反映的NPP只是一种趋势或潜在的值，植被指数与NPP的经验模型缺乏理论基础，而国际上现有参数过程模型在中国森林生态系统NPP研究中的适宜性有待验证。 随着遥感技术的快速发展，利用遥感数据进行植被NPP的研究渐趋成熟，成为NPP研究的主导方向。目前，NPP研究中光合有效辐射的遥感估测和不同时空尺度下最大光合利用率的合理取值仍然是生产力模型研究的重点。 本文利用MODIS数据，在地理信息系统技术的支持下，建立森林净第一性生产力估算模型—生物地理过程模型（Forest-BGPG），对东北林区森林净第一性生产力的分布规律及季节变化进行了实证研究。主要研究成果包括： （1）Forest-BGPG模型构建。Forest-BGPG是一种基于辐射利用率的遥感参数过程模型，通过建立和设置反映森林立地条件的模型和参数来描述森林的光合过程和呼吸过程，模拟森林现实净第一性生产力。数学表达式为：emaintenanc*)()()(RRsoilfVPDfTfAPARRPARRAPARNPPgrowthaTSFCd−−×××××=−×=εε 式中，RPAR为冠层光合有效辐射吸收比；APARSFC为地表光合有效辐射吸收总量；ε*为最大光合利用率；f为空气温度对森林生长的影响；f为大气水汽对森林生长的影响；为土壤水分对森林生长的影响；为生长呼吸消耗；为维持呼吸消耗。)(aTT)(soilf)(VPDgrowthRemaintenancR通过与森林生产力水热优化模型定点模拟结果和蒙大拿州大学林学院的2003年全球陆地植被NPP的验证分析表明，Forest-BGPG表现出一致性和有效性。由于考虑了树种的地理分布、最大光合利用率的生理过程动态和光合有效辐射的遥感估测，研究结果比较真实地反映了森林现实生长过程，具有更强的适宜性，适用于林分尺度以上森林碳通量研究。 （2）拓展遥感在NPP研究中的应用领域。根据大气、陆地植被遥感信息处理原理，系统阐述了遥感在植被生产力模型参数化研究中的应用、反演理论和算法，包括森林植被状态参数、地表光合有效辐射、林冠光合有效辐射吸收比、林冠最大光合利用率、生长季、地表反照率、大气透过率、森林生物量、云态云相标识、重气溶胶检测、地表辐射温度、大气廓线、土壤湿度等。利用全新的MODIS数据，借助Forest-BGPG模型，实现了以上参数的定量提取，并应用于森林NPP研究。 （3）东北林区林冠吸收光合有效辐射遥感研究，实现了东北林区地表净光合有效辐射和林冠光合有效辐射吸收比的遥感反演。采用直接估算法，根据大气顶下行PAR在大气、陆地表面的辐射传输过程，建立基于大气顶入射光合有效辐射、大气总透过率、地表反照率、地表太阳入射角和太阳时角日变化的地表净PAR通量遥感反演模型，改变了传统的基于太阳短波辐射和固定转换系数的获取手段，实现了从点到面的尺度扩展。利用该模型估算了东北林区地表光合有效辐射，PAR年吸收总量达1996 MJ/m2，在6月份达到最高值，在太阳高度最低的12月出现最低值。 （4）东北林区辐射利用率动态变化研究。 森林最大光合利用率具有明显的季节性变化和地理分布特征，在NPP过程模型中的取值取决于模拟的时空尺度。根据林分冠层叶三维分层模型，建立了基于生理过程的最大光合利用率估算模型，研究东北林区森林生产力估算中最大光合利用率的合理描述。研究结果显示，区域及全球性碳循环研究中，以一年以上时间间隔进行东北林区森林NPP研究，取值0.054~0.055 gC mol-1PAR是合理的；在景观以下尺度和月际森林生产力研究中，建立最大光合利用率估算模型，并将最大光合利用率的这种动态性引入森林生产力的模拟是必要的。根据空气温度、水汽压饱和差和土壤水等调控因子对最大光合利用率的衰减过程，建立辐射利用率估算模型。 （5）在建立的Forest-BGPG基础上，对东北林区不同森林类型的月及年NPP进行了估算，并对森林NPP的时空模式进行分析。研究表明，东北林区森林NPP的分布表现出纬度地带性、经度地带性和垂直地带性特征，这种分布特征随着森林分类系统的细化而更加明显。东北温带林年NPP为4.52 MgC ha-1，在41°纬度带出现最高值，为6.59 MgC ha-1；在125º 经度带，阔叶林和针叶林年NPP达到最高值，混交林和整个北方林区在127.5º 经度带达到最高值；8月，东北大部分林区NPP达到最高值，为1.33 MgC ha-1；12月至1月，森林生长完全停止；11月和2月，辽东半岛部分地区，森林仍有碳的累积过程。 （6）本研究将为中国森林生态系统生物生产力及碳循环研究提供模型基础。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2010-12-16 |
| 页码 | 150 |
| 源URL | [http://192.168.22.105/handle/311030/184]  |
| 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 | 夏朝宗. 森林生态系统生产力遥感模型研究[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. 2004. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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