植被物候变化遥感反演及生态系统碳循环作用机理

发布时间：2018-05-26 18:02

  本文选题：遥感 + 物候　； 参考：《中国科学院大学(中国科学院遥感与数字地球研究所)》2017年硕士论文

【摘要】：全球气候变化已成为近年来国际社会关注的热点,不仅对人类赖以生存的生态系统造成不可逆转的改变,更是在社会各方面产生了深远的影响,例如冰川消融、极端气候、物种减少、粮食减产等。为了改善气候变化对人类社会的影响,各国政府采取了一系列相关措施。相比于人为减排,森林生态系统作为陆地生态系统的主体,其植被碳平衡过程更是对气候变化起到不可估量的调节作用。物候是研究植被周期性变化及其这种变化受季节、年际气候变化影响的学科,在调节陆地生态系统碳平衡中扮演着重要的角色。近年来,遥感技术逐步为区域研究和分析植被的物候变化提供数据基础和理论支撑。利用遥感数据对植被物候进行反演对进一步理解地表碳循环具有积极意义,除此之外,把握植被碳交换对各气象因素的敏感性也是理解气候变化对生态系统碳循环影响的重要一步。本文在位于北美地区的15个通量站点中,基于MODIS遥感数据以及碳通量数据,辅以物候相机观测数据与气象数据,在分析近年来物候遥感反演进展的基础上,提出了一个基于遥感数据的新物候反演模型,并且探讨了各碳交换组分对气象因素响应的季节性差异。本文主要创新点如下:一.对2000年至2016年的244篇物候遥感反演文献进行文献调研,了解了近年来植被物候的各影响因素,遥感反演常用数据源及植被指数的选取,详尽的列出目前主要使用的物候提取算法,并进一步分析了地表观测数据对物候反演结果进行独立验证的重要性。二.利用遥感反演常绿林生长季物候是遥感物候反演的难点之一,这是因为相比于落叶林,常绿林植被冠层绿度季节性变化并不显著。使用MODIS地表反射率数据与LST(land surface temperature)数据,对位于北美地区的14个常绿林通量塔站点进行生长季开始(start of season,SOS)与结束(end of season,EOS)的物候模拟。并使用基于地表观测的碳通量数据与物候相机数据对反演结果进行独立验证。结果表明,常用的植被指数(NDVI、EVI)并不能探测常绿林的SOS与EOS,MODIS LST数据相比于单独的植被指数能更好的反演SOS。值得注意的是,LST的变量(即变异系数,CV_LST)相比于LST其本身对反演植被物候更为重要。因此本文提出了一个结合CV_LST与VIs的新物候反演模型,并且其显著的改善了对植被物候的反演精度,其中对SOS与EOS反演的平均RMSE分别为11.7天、5.6天,在5个物候相机观测站点进行模型结果的独立验证,也同样证明了新物候反演模型的可行性。这一结果表明,以往研究中所忽视的温度变量在模拟地表物候中扮演着重要的角色,并且在未来的生态系统模型中,将冠层绿度与温度的变量相结合能够进一步提高物候的模拟反演精度。三.基于同一纬度的三个通量站点碳通量观测数据与气象数据,本文具体分析了不同季节各碳交换组分(总初级生产力,净生态系统生产力,生态系统呼吸)对各气象因素(光合有效辐射,空气温度,土壤温度,相对湿度,降水)的季节性响应差异。结果表明,与温度相关的气象因子(光合有效辐射,空气温度,土壤温度)是控制各季节碳交换的主要气象因素,而相对湿度与降水并没有对其影响显著(只解释了各碳通量交换约30%左右)。此外,相比于生长季中期,植被在生长季的变化期(春秋两季)对各气象因素更为敏感。对于各碳交换组分,NEP在不同植被类型中对气象因子的响应差异最大,且夏季高温会使得常绿林呼吸速率快于光合速率,使得当季NEP出现下降并随着温度的降低再升高的趋势,这说明在全球温暖化的气候背景下,不仅温度会通过影响植被生长季长度来控制年NEP的积累,夏季高温同样会影响常绿林年际碳积累过程。
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本文编号：1938310