中国北方草地生态系统生产力估算及其不确定性研究

发布时间：2017-10-02 08:22

  本文关键词：中国北方草地生态系统生产力估算及其不确定性研究

  更多相关文章： 草地生物量 总初级生产力 遥感 模型模拟 不确定性分析 中国北方

【摘要】：草地生态系统是陆地生态系统最重要、分布最广的生态系统类型之一,准确估算草地生产力对于草地资源的可持续利用至关重要。本研究以中国北方草地为研究区域,以草地生物量样地调查资料和涡度相关通量观测数据为基础,结合遥感影像资料以及气象监测数据,通过建立中国北方草地的遥感生物量模型和总初级生产力模型,实现了中国北方草地生态系统生物量及总初级生产力(GPP)2001～2013年区域尺度上的时空格局监测。在此基础上,以模型结构、模型输入数据以及模型参数为切入点,探讨了中国北方草地生态系统生产力估算结果的不确定性。研究的主要结论如下：(1)中国北方草地生物量时空分布特征：2001～2013年中国北方平均草地生物量为548.5±130.5 gm-2(1248.6±297.2Tg).近年来中国草地生物量总体呈增加的趋势,空间上生物量密度从东向西呈递减的趋势。不同草地类型的生物量密度存在较大差异,位于西部的高寒草原和高寒草甸生物量密度较低,而位于中部的温性草原和温性草甸有相对较高的生物量密度,位于东部的山地草甸则有最高的生物量密度。总的来说,温度越高,年降雨量越丰富有利于草地植被的生长,因此中国草地较高的草地生物量密度分布在东南部。(2)中国北方草地生物量的不确定性评价：中国北方草地生态系统生物量估算结果的平均相对不确定性为19.8%,在空间上由东北向西南呈现递增的趋势,并且在生物量密度低的地区往往伴随有较高的相对不确定性。高寒草地生物量估算的相对不确定性较大(20%～40%),而温带或热带草地生态系统生物量估算的相对不确定性则相对较低。模拟结果相对不确定性的最大贡献因子为模型参数的确定(52%),其次是模型数据(27%)和模型形式(13%),因此模型参数在草地生物量模型估算中带来的不确定性尤为值得关注。(3)中国北方草地GPP的时空分布特征：2001～2013年中国北方平均草地总初级生产力为833.3 Tg(349.5 g C m-2),近年来GPP呈增加的趋势。空间上,东部草地植被光合作用较强,GPP累积较高,而西部的总初级生产力累计则相对较低。GPP在不同草地类型之间存在较大的差异。位于西部的高寒荒漠草原草地生产力密度最低,而位于中部和东部的热性草丛和灌草丛以及山地草甸有相对较高的草地生产力密度。(4)中国北方草地GPP的不确定性评价：中国北方草地生态系统GPP估算结果的平均相对不确定性为38%,区域内绝大多数像元GPP估算结果不确定性30%,少部分区域不确定性为50%-70%,表明不同模型估算的GPP结果差异较为显著。与区域空间上GPP的分布情况相比,发现GPP高的地方伴有较小的估算不确定性,而GPP较低的地方其估算不确定性则较高。这可能与数据本身特征有关,即相同的不确定性除以较小的平均值,其不确定性在较小的数值上会放大。研究结果表明草地生态系统生产力估算模型和方法对于生产力评估有重要的影响。本研究从区域尺度上不确定性的量化表达方式出发,对于建立适合中国北方草地生态系统生产力的估算模型及不确定性研究的方法和体系具有一定的借鉴意义。
【关键词】：草地生物量 总初级生产力 遥感 模型模拟 不确定性分析 中国北方
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：S812
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 1 绪论14-19
• 1.1 研究背景和研究意义14-15
• 1.2 本文研究思路15-19
• 1.2.1 研究区域概况15-17
• 1.2.2 研究目的与内容17-18
• 1.2.3 究技术路线18-19
• 2 草地生态系统生产力研究进展19-23
• 2.1 草地生态系统生产力的研究方法19-21
• 2.1.1 生物量估算方法19-21
• 2.1.2 总初级生产力估算方法21
• 2.2 草地生态系统生产力估算的不确定性21-22
• 2.3 目前研究中存在的主要问题及研究重点22-23
• 3 中国北方草地生态系统生物量估算及不确定性分析23-41
• 3.1 数据获取23-25
• 3.1.1 草地样地数据采集23-25
• 3.1.2 植被指数集25
• 3.2 中国北方草地生态系统生物量模型的建立25-26
• 3.3 中国北方草地生态系统生物量估算不确定性的评价方法26-28
• 3.3.1 不确定性来源的确定26-27
• 3.3.2 中国北方草地生态系统生物量估算及其不确定性27-28
• 3.3.3 中国北方草地生态系统生物量估算的不确定性分解28
• 3.4 站点尺度草地生态系统生物量模型的建立与校验28-33
• 3.4.1 地上生物量模型的建立和模拟性能分析28-31
• 3.4.2 草地总生物量模型模拟性能分析31-33
• 3.5 中国北方草地生态系统生物量的时空分布33-36
• 3.6 中国北方草地生态系统生物量的不确定性分析36-41
• 4 中国北方草地生态系统总初级生产力估算及不确定性41-59
• 4.1 站点概况42-44
• 4.2 总初级生产力模型选择44-48
• 4.2.1 植被光合模型(VPM)45-46
• 4.2.2 MODIS GPP产品46-47
• 4.2.3 温度和绿度模型(TG)47-48
• 4.2.4 植被指数模型(VI)48
• 4.3 数据获取48-52
• 4.3.1 遥感数据获取与平滑48-50
• 4.3.2 气象数据空间化50-52
• 4.4 参数确定与模型校验52-55
• 4.4.1 模型参数确定52-53
• 4.4.2 模型模拟性能比较53-55
• 4.5 中国北方草地生态系统总初级生产力的时空分布55-58
• 4.5.1 中国北方草地生态系统总初级生产力年际变化特征55-56
• 4.5.2 中国北方草地生态系统总初级生产力空间分异特征56-58
• 4.6 中国北方草地生态系统总初级生产力不确定性分析58-59
• 5 结论和展望59-62
• 5.1 主要研究工作和结论59-61
• 5.2 研究中存在的问题及展望61-62
• 参考文献62-68
• 作者简介68-70
• 致谢70

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