【作者】 朱敬芳
【关键词】 碳水通量 模型验证 鄱阳湖流域 5套地表覆盖数据 BEPS模型
【导师姓名】居为民
【学位名称】硕士
【学位年度】2012
【授予单位】南京大学
【分类号】 X171;|P237
【录入时间】2017-05-14
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【摘要】碳循环和水循环是地圈-生物圈-大气圈相互作用的纽带,也是陆地生态系统相互耦合的两个重要的生态学过程,而地表覆盖数据是陆地生态系统碳循环和水循环遥感模型中不可或缺的输入参数。由于不同的地表覆盖类型在地表与大气之间能量、动量和CO2通量的交换方面存在着较大的差别,因此地表覆盖数据的精度决定了碳水通量模型模拟结果的可靠性。目前,有5套全球地表覆盖数据(UMD、USGS、GLOBCOVER、GLC2000和MODIS全球地表覆盖数据)支撑全球变化研究和其它地表参数(如LAI(叶面积指数)和聚集度系数等)的遥感提取。由于在分类方法、数据源和分类系统等方面的差异,这些全球地表覆盖产品存在着不一致性,导致模型结果的差别。为评估这5套地表覆盖数据在我国典型地区生态和水文过程模拟的适用性,本文在“863”重点项目课题“地表覆盖数据在地表过程模拟中的应用示范”的支持下,以鄱阳湖流域为研究区,用5套全球地表覆盖数据分别结合同一套MODIS反射率数据、逐日气候数据和土壤质地数据驱动BEPS生态模型,模拟2001-2010年的碳水通量(GPP(总初级生产力)、NPP(净初级生产力)、ET(蒸散)),以站点和流域尺度的GPP、NPP和ET数据对模拟结果进行验证,定量评价地表覆盖数据对区域生态系统碳水通量模拟的影响,分析了GPP、NPP、ET和土壤水分的时空分布格局及其与降水和辐射的关系。得到了如下结论：(1)5套地表覆盖数据在鄱阳湖流域存在不一致性在IGBP分类体系下,5套地表覆盖数据的统计特征和空间分布存在差异。在GLC2000、GLOBCOVER和MODIS地表覆盖数据中,森林所占比例分别为57.25%、52.16%和43.93%,与第六次森林调查的55.86%较为一致。在USGS地表覆盖数据中农田面积比例最大为38.15%,与第二次土地调查的21.38%差别最大,UMD地表覆盖数据中草地面积的比例最大为46.69%。在鄱阳湖周围5套地表覆盖数据的类型比较一致,在南部差异最大。(2)不同地表覆盖数据应用于不同尺度碳水通量模拟的适用性不同在千烟洲站,利用5套地表覆盖数据模拟的GPP和ET与观测数据的季节性变化和年际变化特征相同,GLC2000地表覆盖数据模拟的日GPP和MODIS地表覆盖数据模拟的日ET与观测数据的一致性最高,精度分别为71.28%和71.92%。说明BEPS模型能很好地模拟GPP、NPP和ET的季节性变化及其对异常气候条件的响应。不同地表覆盖数据模拟的ET与根据降水量与径流数据推算的ET之间的一致性在不同的流域存在差别。利用GLOBCOVER和MODIS数据模拟的农田NPP空间变化与利用农业统计换算的县域尺度NPP的时空变化特征一致性较好,R2分别为0.46和0.43(N=44),其次为利用UMD.GLC2000和USGS地表覆盖数据的模拟结果,R2分别为0.32、0.22和0.18。(3)不同地表覆盖数据模拟的碳水通量差异5套地表覆盖数据模拟的GPP、NPP、ET和土壤水分空间变化基本一致。从北到南,2001-2010年GPP、NPP和ET的日均值明显增加,土壤水分降低。但模拟的GPP、NPP和ET总量差异明显,就年总量的10年平均值而言,利用MODIS地表覆盖数据模拟的年GPP和ET的10年平均值最高,分别为1090.67g C m-2a-1和566.25mm,而利用UMD地表覆盖数据模拟的值最低,分别为860.08g C m-2a-1和515.61mm,利用GLC2000地表覆盖数据的年NPP的10年平均值最高为590.91g C m-2a-1,而利用UMD地表覆盖数据的模拟结果最低,仅为412.53g C m-2a-1。(4)降水和辐射与模拟的GPP、NPP和ET有明显的相关性年GPP、NPP和ET与年降水在研究区大部分地区都与降水呈负相关相关,与太阳辐射年总量存在显著的正相关。土壤水分在植被覆盖地区于降水均表现为正相关,与太阳辐射呈现显著的负相关关系。...
【全文】碳循环和水循环是地圈-生物圈-大气圈相互作用的纽带,也是陆地生态系统相互耦合的两个重要的生态学过程,而地表覆盖数据是陆地生态系统碳循环和水循环遥感模型中不可或缺的输入参数。由于不同的地表覆盖类型在地表与大气之间能量、动量和CO2通量的交换方面存在着较大的差别,因此地表覆盖数据的精度决定了碳水通量模型模拟结果的可靠性。目前,有5套全球地表覆盖数据(UMD、USGS、GLOBCOVER、GLC2000和MODIS全球地表覆盖数据)支撑全球变化研究和其它地表参数(如LAI(叶面积指数)和聚集度系数等)的遥感提取。由于在分类方法、数据源和分类系统等方面的差异,这些全球地表覆盖产品存在着不一致性,导致模型结果的差别。为评估这5套地表覆盖数据在我国典型地区生态和水文过程模拟的适用性,本文在“863”重点项目课题“地表覆盖数据在地表过程模拟中的应用示范”的支持下,以鄱阳湖流域为研究区,用5套全球地表覆盖数据分别结合同一套MODIS反射率数据、逐日气候数据和土壤质地数据驱动BEPS生态模型,模拟2001-2010年的碳水通量(GPP(总初级生产力)、NPP(净初级生产力)、ET(蒸散)),以站点和流域尺度的GPP、NPP和ET数据对模拟结果进行验证,定量评价地表覆盖数据对区域生态系统碳水通量模拟的影响,分析了GPP、NPP、ET和土壤水分的时空分布格局及其与降水和辐射的关系。得到了如下结论：(1)5套地表覆盖数据在鄱阳湖流域存在不一致性在IGBP分类体系下,5套地表覆盖数据的统计特征和空间分布存在差异。在GLC2000、GLOBCOVER和MODIS地表覆盖数据中,森林所占比例分别为57.25%、52.16%和43.93%,与第六次森林调查的55.86%较为一致。在USGS地表覆盖数据中农田面积比例最大为38.15%,与第二次土地调查的21.38%差别最大,UMD地表覆盖数据中草地面积的比例最大为46.69%。在鄱阳湖周围5套地表覆盖数据的类型比较一致,在南部差异最大。(2)不同地表覆盖数据应用于不同尺度碳水通量模拟的适用性不同在千烟洲站,利用5套地表覆盖数据模拟的GPP和ET与观测数据的季节性变化和年际变化特征相同,GLC2000地表覆盖数据模拟的日GPP和MODIS地表覆盖数据模拟的日ET与观测数据的一致性最高,精度分别为71.28%和71.92%。说明BEPS模型能很好地模拟GPP、NPP和ET的季节性变化及其对异常气候条件的响应。不同地表覆盖数据模拟的ET与根据降水量与径流数据推算的ET之间的一致性在不同的流域存在差别。利用GLOBCOVER和MODIS数据模拟的农田NPP空间变化与利用农业统计换算的县域尺度NPP的时空变化特征一致性较好,R2分别为0.46和0.43(N=44),其次为利用UMD.GLC2000和USGS地表覆盖数据的模拟结果,R2分别为0.32、0.22和0.18。(3)不同地表覆盖数据模拟的碳水通量差异5套地表覆盖数据模拟的GPP、NPP、ET和土壤水分空间变化基本一致。从北到南,2001-2010年GPP、NPP和ET的日均值明显增加,土壤水分降低。但模拟的GPP、NPP和ET总量差异明显,就年总量的10年平均值而言,利用MODIS地表覆盖数据模拟的年GPP和ET的10年平均值最高,分别为1090.67g C m-2a-1和566.25mm,而利用UMD地表覆盖数据模拟的值最低,分别为860.08g C m-2a-1和515.61mm,利用GLC2000地表覆盖数据的年NPP的10年平均值最高为590.91g C m-2a-1,而利用UMD地表覆盖数据的模拟结果最低,仅为412.53g C m-2a-1。(4)降水和辐射与模拟的GPP、NPP和ET有明显的相关性年GPP、NPP和ET与年降水在研究区大部分地区都与降水呈负相关相关,与太阳辐射年总量存在显著的正相关。土壤水分在植被覆盖地区于降水均表现为正相关,与太阳辐射呈现显著的负相关关系。