基于GIS与RS的安徽省NPP模拟及时空分析

基于GIS与RS的安徽省NPP模拟及时空分析

作者：王银徐兵兵殷涛等

来源：《安徽农业科学》2014年第17期

摘要 NPP（植被净初级生产力）的研究是全球变化的核心内容之一，是估算碳吸收量的重要依据，不仅直接反映了植被群落在自然环境条件下的生产能力，表征陆地生态系统的质量状况，而且是判定生态系统碳汇和调节生态过程的主要因子。在GIS的支持下，利用地面气象数据和MODIS数据，考虑到最大光利用率在不同植被类型中的差异，在CASA模型验证的基础上，估算了安徽省2002～2009年7月份植被净初级生产力，并分析其时空变化。结果表明：①通过与NPP实测资料及其他模型的对比，该模型估算的效果较好，数据获取上也比较容易，模型的可操作性较强。②2002～2009年的8年间，安徽省7月份平均NPP为193.99

gC/m2，变化范围为182.25～199.89 gC/m2。③安徽省7月份NPP值呈增加趋势，但没有达到显著的水平。④安徽省7月份NPP总体分布趋势是从南向北递减，其中山区NPP最高，水域和城市最低。

关键词 GIS； CASA模型； MODIS；最大光能利用率

中图分类号 S127 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）17-05560-04

Abstract Net Primary Productivity and its response to climate change is one of the core of global change， is an important basis to estimate the carbon uptake. Not only reflect the production capacity of the vegetation communities under natural environmental conditions， characterize the quality status of terrestrial ecosystems， but also is the main factor to determine ecosystem carbon exchange and the regulation of ecological processes. With the support of GIS， using the surface meteorological data and MODIS data， take into account the difference of the maximum light utilization in different vegetation types， on the basis of the CASA model validation， vegetation net primary productivity in Anhui Province in July of 2002 and 2009 was evaluated， and the temporal and spatial variation was analyzed. The results show that：① Compared with NPP measured data and other models， CASA model estimates better， data acquisition is also relatively easy and has strong operability. ② During 2002-2009， the average NPP of Anhui Province in July is 193.99

gC/m2， ranges from182.25 gC/m2 to 199.89 gC/m2. ③ NPP is an increasing trend， but did not reach significant levels. ④ NPP overall distribution trend decrease from south to north in July in Anhui Province， NPP in mountainous area is maximum， water and urban is minimum.

Key words GIS； CASA model； MODIS； Maximum light utilization

NPP（Net Primary Productivity）是指绿色植物在单位时间和单位面积上所吸收碳的总量，或由光合作用（扣除自养呼吸后）所产生的有机物质总量，即植被净初级生产力，是估算碳吸收量的重要依据。NPP作为地表碳循环的重要组成部分，不仅直接反映植被群落在自然环境条件下的生产能力，表征陆地生态系统的质量状况，而且是判定生态系统碳汇和调节生态过程的主要因子[1]。建立于1987年的国际地圈——生物圈计划（IGBP）、全球变化与陆地生态系统（GCTE）以及京都协定（Kyoto Protocol）均把植被的NPP研究确定为核心内容之一[2]。

1 研究背景及现状

NPP的研究方法很多，有关学者从不同角度及学科对NPP的估算进行了深入细致的研究，取得了丰硕成果。在区域或全球尺度上，人们无法直接和全面地测量NPP，因此利用模型估算NPP已成为一种重要而广泛接受的研究方法[3]。NPP研究的早期，有些人根据NPP和气候之间的统计关系，建立了NPP的气候估算模型；还有些人则根据植物生长和发育的基本生态生理和过程，结合气候及土壤物理数据，建立了NPP的估算生态过程模型。随着遥感和计算机技术的发展，利用遥感模型进行NPP估算已深入到许多领域，有的直接用植被指数与NPP的关系进行计算，目前已成为NPP估算的一种全新手段[4-5]，使区域及全球尺度的NPP 估算成为可能。

近年来，已经建立了大量的遥感模型，如GLOPEM、GLOPEm2、SDBM、TURC、

SIB2、3PG、CFix、VPM、LULUE和EC-LUE等，其中基于光能利用率原理的CASA （CarnegieAmesStanford Approach）模型已被广泛用于区域陆地净初级生产力、全球碳循环和农作物产量的评估。这些研究充分说明，基于遥感信息的生态过程模型可以在全球和区域尺度上很好地评估NPP或GPP（Gross Primary Productivity）的动态变化及其时空变异性[6]。目前有关植被净第一性生产力及其与全球变化关系的研究大多数集中在全球变化影响下未来植被净第一性生产力变化的预测[7-8]。由于资料等原因，对过去植被净第一性生产力的变化的研究却很少。Tian 等应用TEM（Terrestrial Ecosystem Model）模型估算了1900 年到1994年的美国植被净第一性生产力，并对时空变化进行了分析[9]；Peng等基于古生态记录，利用简单的统计模型推算了13 000年来欧洲古植被的生产力及其变化[10]。国内对植被净第一性生产力随时间变化的研究比较薄弱，区域性的研究更少，因数据获取难，植被类型多样，多集中在植被类型较为单一的内蒙古草原地区。为了阐明安徽省植被净第一性生产力及其时空变化，了解近年来安徽省植被在全球碳循环中的作用，笔者应用目前国际上最通用的植被净第一性生产力模型——CASA模型，估算2002～2009年间7月安徽省植被净第一性生产力，并分析其时空变化[11]。

2 研究区概况及研究方法

2.1 研究区概况

安徽省位于中国中东部，总面积约14万km2，位于114.90°～119.61° E、29.69°～34.63°N之间，在我国重要的地理分界线——秦岭淮河线上，亚热带季风气候与温带季风气候的交界