基于长时间序列多源遥感数据的河北省植被NPP时空分布研究

摘要

植被通过光合作用固定CO2，合成的有机物中一部分通过自养呼吸消耗，剩余的部分用于植被自身生长繁殖，即植被净第一性生产力，也称为植被净初级生产力NPP(Net Primary Productivity)。NPP在全球气候变暖背景下的碳循环中起着重要的作用，因此，研究NPP具有重要意义。
　　本文利用2000-2013年MODIS的MOD17A3数据集分析了河北省植被NPP的时间变化和空间变化特征，利用相关系数计算了NPP与叶面积指数LAI(LeafArea Index)、归一化植被指数NDVI(Normal Differential Vegetation Index)和气象因子的相关性。通过分析2000年MOD17A3 NPP与NOAA GLOPEM NPP数据的相关性，将两种数据融合得到河北省1981-2013年近33年植被NPP的时间变化和空间分布。主要结论有:
　　(1)分析了2000-2013年河北省植被NPP的时间变化趋势。2000-2013年NPP最大值和年平均值呈现相似的变化趋势，都是在保持稳定的基础上略有上升。2004、2008和2012年降水丰沛，利于植被生长，NPP值较高。2000、2001和2007年受到旱灾的影响，NPP值较低。水热组合较好的年份NPP出现峰值，反之，则出现谷值。
　　(2)2000-2013年间河北省植被年均NPP的空间分布呈现由东向西、由南向北递减的趋势。植被NPP的空间分布格局受植被类型、气温和降水等因素的影响。农田或栽培植被（包括农田、经济作物、果园和菜地等）的年均NPP值高于自然植被，河北地区人类活动如灌溉和施肥等对植被生产力有重要影响。
　　(3)分析了2000-2013年间河北省植被NPP的年际变化率。研究区内大部分地区的植被NPP呈增加趋势。增加的区域主要分布在张家口西北部和河北平原部分地区。植被NPP增加与人类活动密切相关，如人类植树造林活动和农业灌溉施肥。对2000-2013年变化趋势的显著性检验结果显示，2000-2013年间研究区内植被大部分变化不显著。
　　(4)分析了MODIS NPP与MODIS LAI、NDVI、SPOT NDVI和气象因子的关系。2001-2010年河北省植被MOD17A3 NPP与MODIS LAI以正相关和中低度相关为主，与MODIS NDVI及SPOT NDVI均以正相关和中度相关为主，与气温、降水和地温均以中低度相关为主，其中，与气温和地温为负相关，与降水为正相关。
　　(5)2000年MOD17A3 NPP与GLOPEM NPP均能体现河北省植被NPP由南向北递减的趋势，东南部较西北部高，研究区内2000年各植被类型中受人类活动影响较大的栽培植被或农田的NPP最大。不同点是:两者的数值范围不同，GLOPEM NPP普遍较MOD17A3 NPP高;两者的高值区与低值区的分布与范围不一致。2000年MOD17A3 NPP数据和2000年GLOPEM NPP数据的最小值、最大值、平均值和标准差均相差较大，但两者之间存在一定的相关关系。
　　(6)利用MOD17A3 NPP与NOAAGLOPEMNPP数据，分析了1981-2013年河北省植被NPP的变化趋势。1981-2013年NPP最大值呈明显下降趋势，年均值在保持稳定的基础上有小幅度下降。1990、1998、2004、2008年，年降水量较大，水热组合条件好，NPP出现明显的峰值，1981-1985、1988、1992、2000、2001、2007年受到春早或旱灾的影响，水热组合条件较差，NPP出现明显的谷值。
　　(7)1981-2013年33年间与2000-2013年14年间两个时间段的植被NPP均值在空间分布上呈现相似的特征，都是由东向西、由南向北递减的趋势。在时间变化特征上有所不同，前者研究结果显示植被NPP在保持稳定的基础上有小幅度下降，后者研究结果显示植被NPP在保持稳定的基础上略有上升。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 基本概念

1．2．1 总初级生产力GPP

1．2．2 净初级生产力NPP

1．3 国内外NPP研究进展

1．3．1 国外NPP研究进展

1．3．2 国内NPP研究概况

1．4 常用NPP估算模型简介

1．4．1 统计模型

1．4．2 过程模型

1．4．3 参数模型

1．5 遥感在NPP估算研究中的作用

1．6 研究内容及技术路线

2 研究区自然地理概况

2．1 地理位置

2．2 气候与植被特征

2．3 地势地貌特征

3 数据源及数据处理

3．1 数据源

3．1．1 遥感数据

3．1．2 非遥感数据

3．2 数据处理

3．2．1 遥感数据

3．2．2 非遥感数据

4 2000-2013年河北省植被NPP分析

4．1 2000-2013年河北省植被NPP时间变化特征

4．2 2000-2013年河北省植被NPP空间分布格局

4．3 不同植被类型NPP变化分析

4．4 2000-2013年河北省植被NPP年际变化率空间分布格局

5 NPP与各因子的相关性分析

5．1 NPP与LAI的相关性分析

5．2 NPP与NDVI的相关性分析

5．2．1 MOD17A3 NPP与MODIS NDVI相关性

5．2．2 MOD17A3 NPP与SPOT NDVI相关性

5．3 NPP与气象因子的相关性分析

6 MOD17A3 NPP与GLOPEM NPP数据的融合

6．1 2000年河北省MOD17A3 NPP与GLOPEM NPP数据比较

6．1．1 空间分布比较

6．1．2 统计特征比较

6．1．3 2000年河北省各植被类型NPP比较

6．2 两种数据的相关关系分析

6．2．1 数据选取方法

6．2．2 相关关系结果分析

6．3 1981-2013年河北省NPP时间变化特征

6．4 1981-2013年河北省NPP空间分布特征

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

硕士学习期间发表论文情况