基于CASA模型的河北省净初级生产力遥感估算研究

摘要

全球经济迅猛发展，人口、资源、环境问题日益加剧，大气中温室气体浓度显著上升，导致全球气候变暖，由此可能带来全球范围内一系列环境问题，要求全世界给予高度的关注并采取有效的应对策略。CO2作为主要的温室气体，是全球碳循环研究的主要内容，陆地生态系统在全球气候变化中，对CO2的量有重要的调节作用，促进陆地生态系统的生态平衡。因此对陆地生态系统及碳循环的研究应对全球气候变化问题具有重要的意义。植被净初级生产力NPP是评价陆地生态系统的关键参数，同时也是研究碳循环的重要指标。
　　 河北省内环北京和天津，位置优越且资源优势较明显，研究河北省植被NPP具有一定的现实意义，准确了解该区整体NPP状况，为政府及相关部门制定有关决策提供指导意见。
　　 本文使用CASA模型，以河北省为研究对象，在ArcGIS、ENVI等软件的支持下，利用MODIS数据、植被类型数据和气象数据（降水数据、气温数据、太阳总辐射、太阳净辐射等），分析河北省植被NPP的时空格局以及NPP影响因子的驱动力大小，并试图探究NPP与人类活动之间的关系。
　　 研究结果表明:
　　 不同植被类型NPP值随时间变化为变化，基本表现出单峰型曲线的特征。7月各类植被类型NPP值最大，达到峰值，11月最小。各植被类型NPP值变化趋势大致相同，但不同植被类型的NPP值的变化幅度不尽相同。各类植被类型NPP值随季节变化而变化且这种季相变化较为明显，不同植被类型的NPP积累的主要月份集中到夏季，其次是春季，最后是秋季。林地的NPP贡献率最大，占5类植被类型NPP总量的41.48％;其次是园地，占NPP总量的18.88％;之后是耕地，占NPP总量的15.9％;草地最小，占NPP总量的15.34％。
　　 2009年全省NPP总量最高值达到1140gc/m2·y，冀北地区NPP年均值为600gc/m2·y，在全省中最高，其次是冀中南地区，其NPP年均值为568gc/m2·y，沿海地区NPP年均值最小为545gc/m2·y。河北省11各市的NPP年均值最高的地区是承德市，其次是秦皇岛，衡水、保定、石家庄、邢台、邯郸年均NPP值较大，张家口最小。
　　 河北省11个市NPP总量分布情况与NPP均值分布略有差异。其中承德、张家口、保定的年NPP总量最高均达到5.45×107gc/·y以上，占全省NPP总量的12.54％以上;其次是石家庄，占全省NPP总量的7.40％;沧州、邢台、唐山、邯郸、衡水、秦皇岛NPP总量较小，均占全省NPP总量的6.67％以下;而廊坊的NPP总量最小，所占比重也最小，仅占3.06％。
　　 研究中对河北省2009年各市域单位生产总值的NPP总量做了统计分析发现承德、张家口两市的单位地区生产总值NPP总量最大;衡水、邢台、保定等地单位地区生产总值的NPP总量处于中间位置，石家庄、唐山单位生产总值的NPP总量最小，要求进一步保护植被，促进经济和环境可持续发展。
　　 通过对河北省NPP影响因子驱动力大小的分析，表明NPP的大小是受相互影响相关联系的各种参数共同决定的，但是温度和降水起较主要的作用。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 目的和意义

1．2 NPP研究现状和存在问题

1．2．1 研究进展与趋势

1．2．2 研究的主要模型

1．2．3 研究中存在的主要问题

1．3 研究内容和目标

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线图

1．3．3 研究目标

2 研究区概况

2．1 地理位置和行政区划

2．2 自然地理状况

2．2．1 气候条件

2．2．2 土壤植被

2．3 社会经济状况

3 CASA模型的构建与算法

3．1 CASA模型的构建

3．2 CASA模型的算法

3．2．1 植被吸收的光合有效辐射计算

3．2．2 光能转化率计算

3．3 CASA模型中的参数修订

3．3．1 对NDVI和SR最小值和最大值的修订

3．3．2 最大光能利用率εmax的修订

4 数据来源和处理

4．1 遥感数据收集与预处理

4．2 植被类型数据

4．3 气象数据

4．3．1 太阳总辐射SOL数据获取

4．3．2 降水数据

4．3．3 气温数据

4．4 利用CASA模型估算NPP

4．5 结果验证

5 研究结果分析

5．1 NPP时间格局变化

5．1．1 不同植被类型NPP月变化

5．1．2 NPP季节变化

5．1．3 不同植被类型NPP贡献率

5．2 NPP空间格局变化

5．2．1 河北省NPP空间总体分布

5．2．2 河北省各市域NPP年均值分布

5．2．3 河北省各市域NPP总量分布

5．2．4 河北省各市域单位地区生产总值与NPP总量

5．3 河北省NPP参数影响大小研究

6 结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文、参与课题清单

致谢