基于CASA改进模型的京津冀地区NPP估算

【摘要】：森林生态系统碳循环研究在全球碳循环及气候变化研究中具有重要的现实意义,而植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)的估算是碳循环研究的基础和重要内容。本文在借鉴前人研究成果的基础上,综合运用遥感和GIS技术,利用植被、气象和土壤等地面空间数据,基于CASA模型的基本框架,考虑最大光能利用率在不同植被类型中的差异,构建了区域尺度NPP遥感估算模型。在CASA模型中,光能利用率扮演着重要的角色,为能量与物质间的转化搭起了桥梁,全球植被最大光能转化率的取值对净初级生产力的估算结果影响很大。人们对它的大小一直存在争议,不同学者在不同模型中的取值不一样,取值范围从0.09到2.16gC/MJ。本研究结合中国植被的实际情况,对不同植被类型取不同的植被最大光能利用率,利用中国NPP实测资料,根据NPP遥感估算的建模思路,采用改进的最小二乘法所模拟的中国典型植被的最大光能利用率。具体取值为:落叶针叶林0.485gC/MJ、常绿针叶林0.389gC/MJ、落叶阔叶林0.692gC/MJ、常绿阔叶林0.985gC/MJ、针阔混交林0.475gC/MJ、常绿、落叶阔叶混交林0.768gC/MJ、灌丛0.429gC/MJ、草地、耕作植被及其它类型取0.542gC/MJ。在改进的CASA模型基础上,利用MODIS数据(空间分辨率为1KM,时间分辨率为8天)实现了2004年京津冀地区森林植被NPP的遥感估算,结果表明,2004年研究区内森林植被的NPP总量为14884.18KtC/a,平均NPP为658.8gC/m2.a,其变化范围为0～1200 gC/m2.a之间,主要集中在300～800gC/m2.a之间;同时,也估算了研究区内森林植被吸收的光合有效辐射(APAR)及光能利用率(ε)。遥感反演的结果必须经过验证,以保证数据的可靠性和可应用性。区域及全球尺度的NPP精度评价一直是大家面临的难题,评价的方法一般有两种:一是与实测数据的比较;二是与其他研究者的同类结果进行比较。利用实测数据对反演的结果进行验证是最有说服力的方法,但大面积的实测数据很难获得,因此,也可采取与其他研究者的同类研究结果进行交叉比较的方法。本文通过采用这两种方法对模拟的NPP结果进行验证,发现改进的CASA模型对区域尺度植被NPP的模拟效果较好。