典型城市植被的生产力遥感估算及其对环境要素的敏感性研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 董冠男 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 苏红波 ; 陈少辉 |
| 关键词 | 城市生态系统 光能利用率模型 植被生产力 环境要素 敏感性 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 地理学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 城市生态系统的植被是陆地生态系统中不可或缺的一部分，对当地和全球的 碳平衡具有深远影响。随着城市化进程加剧，全球变暖和人类活动引发了城市环 境的变化，深刻影响了城市生态系统的碳通量。植被生产力代表了植被的固碳能 力，是估算生态系统碳通量，量化植被生长的重要指标。因此准确估算城市生态 系统的植被生产力，深入探究城市植被对环境要素的响应，对理解和预测城市生 态系统碳循环的动态和趋势，以及改善城市植被管理策略具有重要意义。 为此，本研究以南亚热带气候区城市中广泛分布的常绿阔叶林为研究对象， 基于涡度通量观测数据和污染物站点观测数据，探究了二氧化碳（Carbon dioxide， CO2）、颗粒物（2.5-micrometer Particulate Matter and 10-micrometer Particulate Matter，PM2.5 and PM10）和臭氧（Ozone，O3）等大气污染物对植被生产力的影 响情况，为城市生态系统光能利用率模型的改进提供理论依据。在此基础上面向 城市生态系统，添加 CO2 及大气污染物环境胁迫因子，改进了 VPM 模型 （Vegetation Photosynthesis Model）。并基于改进的模型，分析了城市植被生长 和变绿对环境要素的敏感性的时空差异，提出了调整灌溉策略的方法。 本研究的主要结论如下： （1）研究基于大气污染物站点监测和涡度通量站数据，使用结构方程模型 （Structural Equation Modeling，SEM）分析了 CO2、PM2.5、PM10 和 O3 以及其他 关键环境因素（包括光照、温度和水分）对总初级生产力（Gross Primary Productivity，GPP）和生态系统呼吸（Ecosystem Respiration，Reco）的影响，结 果使用标准化路径系数表示（取值范围为-1-1）。结果显示，城市和农村植被之 间的 CO2、PM2.5、PM10 和 O3 浓度变化对植被生长的影响程度与温度和水分等关 键环境因素的影响相当。值得注意的是，城市中高浓度的 CO2 反而阻碍了光合作 用（-0.43），而增加 PM2.5 和 PM10 浓度对光合作用有促进作用（0.27）。城市环 境中适度浓度的 O3 也可以对植被生长有微弱的促进作用（0.14）。研究结果表 明，由人类活动导致的大气污染显著影响城市植被的生长，凸显了将这些因素整 合到生态系统碳循环模型中的迫切需求。 （2）研究利用像元线性回归数据融合模型融合 Landsat 和 MODIS 影像，结 合 VPM 模型获取的田心山和杨梅坑常绿阔叶林的 GPP 数据、涡度通量站点 GPP 观测数据、全球月度平均 CO2浓度数据以及长期高分辨率大气污染物浓度数据， 对城市和农村地区分别进行了二元线性回归、二元指数回归、二元二次项回归、 二元三次项回归和二元四次项回归建模。经过对模型精度和算力消耗的考虑，选取了合适的回归方程表示大气环境的胁迫作用，构建了反演城市区域常绿阔叶林 的 VPM_urban 模型。并且经过验证，该模型对城市区域常绿阔叶林 GPP 的模拟 精度（Pearson r=0.71，p<0.001）明显优于 VPM（Pearson r=0.62，p<0.05）和 MODISGPP（Pearson r=0.21，p<0.05）模型。 （3）研究基于谷歌地球引擎（Google Earth Engine，GEE）云平台，结合改 进的 VPM_urban 模型，利用多源遥感数据探究了粤港澳大湾区常绿阔叶林的生 长和绿度对环境因素的敏感性的空间分布及其变化趋势。结果显示，植被生长和 绿度对水分、气温和大气浑浊度的敏感性和敏感性的趋势存在空间差异。研究发 现，常绿阔叶林的生长比变绿更依赖水分，随着城市化进程的加速，其对水资源 的依赖程度不断增加。同时，温度升高对常绿阔叶林的生长和变绿有一定促进作 用，尤其是对生长的促进作用较为明显。而大气浑浊度的增加促进了大部分区域 常绿阔叶林的生长但也对变绿产生了一定的抑制作用。随着时间推移，大气浑浊 度对植被生长的促进作用逐渐减小，而对变绿的抑制作用可能会减小甚至转变为 促进作用。随后基于植被生长和绿度对水分的敏感性（SLSWI）存在时空差异的结 论，研究提出了一种改进城市灌溉策略的方法。 |
| 学科主题 | 地理学与地理信息系统 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 154 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209374]  |
| 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 | 董冠男. 典型城市植被的生产力遥感估算及其对环境要素的敏感性研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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