首页|基于BEPS模型的赤水河流域高分辨率NPP估算研究

基于BEPS模型的赤水河流域高分辨率NPP估算研究

扫码查看
原文链接
  • NETL
在全球气候变化和国内实现“双碳”目标的背景下，植被净初级生产力（Net Primary Productivity，NPP）与生态系统碳储量联系更为紧密，能更好的反映区域生态系统的碳汇变化，了解植被NPP的变化趋势有助于了解区域生态系统碳汇的变化趋势。作为长江流域上游和三峡水库重要的生态保护区，赤水河流域在水源涵养、水土保持和生物多样性保护等方面发挥了重要的作用。但由于赤水河流域复杂的地形地貌和高度异质的景观格局，基于现有的低分辨率 NPP 数据产品无法准确体现流域生态系统生产力的动态变化。因此，研究赤水河流域高时空分辨率植被NPP可以在时间和空间上精确区域生产力的动态变化，可为区域生态环境建设措施效益评价和区域生态管理规划提供一定的参考。 本文以赤水河流域上游为研究区，利用多源卫星影像估算高空间分辨率叶面积指数（Leaf Area Index，LAI），在进行精度验证后，结合时空数据融合模型生成 2005 年、2010 年、2015 年和 2020 年四个年份 8 天合成的 30 m 分辨率 LAI，并分析了流域叶面积指数的时空变化。将生成的LAI数据与气象数据、土地覆被数据等一起驱动BEPS模型（Boreal Ecosystem Productivity Simulator），估算赤水河流域上游 2005 年、2010 年、2015 年和 2020 年逐日 30 m 分辨率植被 NPP，并通过与现有遥感产品和他人研究成果进行比较，验证了估算结果的合理性，在此基础上分析赤水河流域上游植被NPP的时空变化，探讨土地覆被变化对植被NPP的影响。本文的主要结论如下： （1）结合波段反射率与植被指数构建的随机森林模型能基于不同传感器估算更高精度的30米LAI。通过与同期Sentinel-2陆地生物物理处理器（SL2P）LAI进行比较，加入植被指数后，Sentinel-2A、Landsat-8 OLI以及 GF-1 WFV 估算的 LAI与 SL2P LAI的拟合精度均有提升，其拟合的决定系数（R2）位于0.51-0.63之间，均方根误差（RMSE）在0.68-0.94之间。结果表明，相比于仅使用波段反射率，引入植被指数可以减弱不同传感器波段波长之间的差异，能有效提高LAI估算精度，其中，经过地形校正后的波段反射率和植被指数为特征变量的组合方式表现出最佳性能。 （2）赤水河流域上游LAI的时空变化特征与植被类型和植被物候的时空格局趋势高度一致。低值 LAI 主要为耕地和草地类型，高值 LAI则大多是森林和灌木类型。在2005到2020年间，流域内大部分区域LAI均呈现增加趋势，增加趋势与下降趋势面积占比分别为93.69%和6.31%。在年内变化上，流域LAI具有较明显的季节变化特征，呈现出夏季＞春季、秋季＞冬季的趋势，这与赤水河流域所处地理环境的季节变化特征一致。 （3）BEPS模型能较好地估算赤水河流域30米植被NPP。通过与现有遥感产品比较，不同年份BEPS 模型估算的 NPP 与 GLASS NPP 产品的相关系数在 0.52-0.62，都表现出较强的相关性；在时间尺度上，BEPS NPP 总体上与 GLASS NPP 的变化趋势基本一致，均呈现“单峰”形状，与 GLASS NPP的多年平均值拟合的 R2为 0.97（p＜0.014）；从植被类型来看，BEPS估算的NPP与他人研究成果或实测数据也非常接近，表明本研究NPP估算结果是可靠性，可为后续的分析提供数据支撑。 （4）赤水河流域上游植被NPP存在时空差异性。赤水河流域多年平均NPP的数值分布主要集中在400-1000 gC.m-2.a-1之间，约占整个流域面积的 85.90%，其中高值区域主要位于金沙县与大方县交界、镇雄县西部、威信县及古蔺县北部地区，低值区域主要分布在河流两岸和城镇周围；在年内变化上呈现出“单峰”形状的变化趋势，表现为夏季最高、春季和秋季次之、冬季最低的顺序，其中，5-9月份是植被NPP的主要积累阶段；在年际变化上，研究区大部分区域植被 NPP 呈现不显著增加，增长量在 200 gC.m-2以上的占流域总面积的86.65%，部分区域呈现下降趋势，约占流域面积的10.77%。 （5）土地覆被变化会导致植被NPP总量产生损益。赤水河流域上游不同覆被类型的多年平均NPP呈现常绿阔叶林＞灌木＞落叶阔叶林＞农作物＞草地＞常绿针叶林的规律。流域 NPP 总量由 2005 年的 39.00 TgC（1Tg=1×1012g）增长至 2020 年的 62.98 TgC，增加了 23.98 TgC，这与赤水河流域的退耕还林还草、封山育林等政策具有很大关系。当NPP 产值高的类型向 NPP 产值低的类型转变时，会导致 NPP 总量呈现亏损状态，反之亦然。

李凤

展开 >

赤水河流域 植被净初级生产力 时空变化 卫星估算 BEPS模型

硕士

测绘科学与技术

蔡宏

2024

贵州大学

中文

X1