基于MODIS数据的三江源植被碳利用率研究

发布时间：2020-08-20 19:29

【摘要】：植被碳利用率(CUE)是植被从大气环境中获得的碳,分配到生物量上的百分比,即植被净初级生产力(NPP)与植被总初级生产力(GPP)的比值,它反映了植被光合作用产物的分配结果。作为生态系统碳循环过程机理的基本参数,植被碳利用率在估算区域碳收支方面具有重要意义。而这个参数与气候的关系仍存在不确定性,面对全球气候变暖趋势,有必要进一步阐明植被碳利用率对气候的依赖性。本文基于MODIS GPP和NPP数据和植被类型数据,获得了三江源不同植被类型的GPP、NPP和CUE值;又结合MODIS ET数据、气象数据和高程数据,采用一元线性回归和相关分析法,探讨了2001-2017年三江源植被初级生产力和碳利用率的空间分布特征和时间变化规律,及分析了植被碳利用率对源区气温、降水量和蒸散量变化的响应。研究结果不仅揭示了气候环境变化下的三江源植被生产力状态,还对应对气候变化、制定植被保护措施具有重大的现实意义和科学价值。主要认识与成果如下:(1)三江源各类型植被呈现为森林灌丛高寒草地其他高山植被的生产力特征。各类型植被NPP与GPP的变化特征均呈现出缓慢增长趋势。2001-2017年三江源植被GPP均值为186.75 g C m~(-2) a~(-1),植被NPP均值为156.47 g C m~(-2) a~(-1)。植被生产力整体呈现出从西北向东南逐渐增加的空间分布特征,与高程表现显著相关性,海拔低于4500m处(东部的兴海县、同德县、泽库县、河南蒙古族自治县、甘德县、久治县和班玛县等)的植被GPP和NPP值均高,而海拔在4500m以上区域(西部的治多县、格尔木市、曲麻莱县、杂多县和中部的玛多县)的植被GPP和NPP值较低。(2)2001-2017年三江源各类型植被碳利用率值较高,光合作用吸收碳的80%以上保存在植被体内。高寒草地、灌丛和其他高山植被碳利用率呈现不同速度的增长趋势,而森林CUE缓慢减少。(3)2001-2017年三江源不同植被类型和整体植被系统CUE在年内3-10月均呈先增后减的变化规律,其中6月植被CUE最高。植被CUE空间上呈现北高南低,西高东低的分布特征。源区玛多县的植被碳利用率最高,河南蒙古族自治县的最低。海拔在4500m以下区域的植被碳利用率较小(0.79~0.83),海拔在4500m以上区域的植被碳利用率较高,部分区域均在0.85水平以上。(4)三江源植被CUE对气候因子具有显著的滞后效应。4-5月的植被CUE受同期气温、降水量和蒸散量的影响最大,均呈现显著正相关关系。6-8月植被CUE对同期气温、降水量和蒸散量敏感度最高,均呈现显著负相关关系。9-10月植被CUE受气温滞后两个月和降水量、蒸散量滞后一个月影响,与气温呈正相关关系,与降水量和蒸散量呈现负相关关系。(5)整体上,三江源4-10月植被碳利用率与同期气温、降水量和蒸散量分别呈现正相关、负相关和负相关关系。同时黄河源区中玛沁县、甘德县和久治县一带的植被CUE与气温和降水量均呈正相关关系,而长江源区中曲麻莱县南部和治多县西部的植被CUE与气温呈正相关关系,与降水量呈负相关关系。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q948
【图文】：

植被类型图,三江源,植被类型,气象站

2.2.3 气象数据气象数据来源于中国气象科学数据共享服务网(http://ede.ema.gov.cn)，选用了分布于三江源及周边 49 个气象站点的气象观测月值数据信息(图 2-1a)，统计了各气象站点 2000-2017 年逐月平均气温和降水量，采用薄盘样条函数法和反距离加权法分别对气温和降水量数据进行空间插值处理，得到三江源空间分辨率为500 m 的 2000-2017 年月平均气温和月降水量数据。2.2.4 植被数据植被类型数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn)的 1∶100 万植被类型数据集，经过投影转换、重采样和栅格转矢量等数据处理，结合三江源的植被特征，得到了三江源灌丛、森林、高寒草地（高寒草甸和高寒草原）和其它高山植被区(图 2-1b)。

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2016 年 57.65 15.82 1.72 0.01 0 175.352017 年 32.31 24.33 2.34 -0.01 0 153.08月均值 44.47 18.59 1.67 0 0 156.69三江源植被生产力水平因季节变化而表现出显著差异性（图 3-1）。2001-2017年三江源植被 GPP 和 NPP 从 3 月份开始升高，到 7 月份最高，再到 11 月份达到低值，年内呈单峰变化。图 3-1a 反映了三江源植被一年四季的生长状态，5 月份之前植被处于萌芽期，植被生理作用微弱，GPP 和 NPP 小于 10 g C m-2，而在进入 5 月份开始植被生长速度增加迅速，植被 GPP 和 NPP 显著提高，直到 7 月份植被生产力达到最高水平，此时植被GPP为65.38 g C m-2和NPP为55.35 g C m-2，其中植被 GPP 的增长速度大于 NPP；8 月份后植被依次进入成熟期和枯萎期，植被光合作用和呼吸作用快速降低，GPP 和 NPP 出现下降趋势，GPP 下降速度较快于 NPP，到 10 月份植被 GPP 和 NPP 分别降低到 2.4 g C m-2和 1.67 g C m-2，随后生产力一直下降到最小值，伴随植被与大气间出现微弱的碳交换。

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级生产力均值变化曲线图清晰地展示了以 2010 年为界点，前生产力变化规律相反，即 2001-2010 年段三江源植被生长良好值，其中植被 GPP 以 3.6 g C m-2a-1的速度增加，NPP 以 2.9 加；而 2010-2017 年段植被生产力降低，三江源植被 GPP 和C m-2a-1和 1.7 g C m-2a-1的速率减少。

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