基于遥感的城市化对陆地植被净初级生产力的影响研究

摘要

近几十年来，快速发展的城市化对自然环境及碳循环的影响持续增加。一方面，城市化改变了土地利用与覆盖类型，引起生态系统结构的改变。另一方面，城市化过程中显著增加的大气气溶胶含量，会对城市的太阳总辐射等气候因素造成影响，从而影响生态环境的碳循环过程。陆地植被净初级生产力(Net Primary Productivity，NPP)是表征陆地生态过程及全球碳循环的重要参量，也是估算地球可持续发展的重要指标，因此研究城市化对陆地植被净初级生产力的研究具有重要意义。本文首先利用2001-2010年的MODIS数据、地面气象观测数据等数据估算了长三角地区的陆地净初级生产力，然后利用TM数据对表征城市化进程的不透水面进行了提取，结合MODIS土地覆盖数据、地面气象观测数据分析了城市化对NPP的影响。结果表明:
　　(1)长三角地区不透水面以南京、上海、杭州为顶点呈现三角形分布，上海具有最高的不透水面面积，江苏省不透水面覆盖区域的密度和规模均大于浙江省。不透水面呈由中心向四周逐年扩展趋势，平均增长速度为497.66km2·a-1，上海-南京沿线的苏南地区的城市及浙江北部的城市不透水面的增长显著。
　　(2)2001-2010年长三角地区10年的平均NPP总量为4.72×1013gC，NPP年均值为427.13gC·m-2·a-1，总体上呈现南北高中间低的分布形式。NPP年均值的总体变动趋势不大，主要是呈现波动式下降趋势，NPP平均值由423.34gC·m-2·a-1下降到409.44gC·m-2·a-1，NPP总量由4.67×1013gC下降至4.52×1013gC。研究区的NPP月均值的最大值出现在7-8月，最小值出现在1-2月，3-7月的NPP月均值保持较高的增长速度，9-12月NPP月均值迅速下降。长三角地区气候因子与NPP的相关关系呈现降水大于气温，其中气温和NPP的相关性不明显，总体呈现弱负相关关系，降水量与NPP存在正相关关系。NDVI与NPP有着显著的正相关关系。
　　(3)受城市化的影响，由于长三角地区不透水面增加了4976.64km2，农田面积减少了2082.75km2，草地面积减少了2675.5km2。长三角地区NPP总量10年减少了1.54×1012gC。长三角地区的NPP均值随不透水面面积的增加而减少。不同植被类型的NPP年均每年的变化量依次为:常绿阔叶林＞多树草原＞裸土和稀疏植被＞开放灌丛＞混交林＞密闭灌丛＞永久性湿地＞农田＞草地＞耕地和混合植被＞落叶阔叶林＞落叶针叶林＞无树草原。由于城市化影响，太阳辐射发生变化，太阳总辐射和NPP总体上呈正相关关系。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 净初级生产力模拟研究进展

1．2．2 不透水面遥感提取研究进展

1．2．3 地表覆盖变化对NPP影响的研究进展

1．3 研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 研究区与研究数据

2．1 研究区概况

2．2 研究数据及预处理

2．2．1 MODIS数据及预处理

2．2．2 Landsat TM数据及预处理

2．2．3 地面气象观测数据及预处理

第三章 城市不透水面遥感提取与变化分析

3．1 城市不透水面遥感提取方法

3．1．1 生物物理组成指数原理

3．1．2 改进的归一化差值水体指数

3．1．3 阈值选择

3．2 不透水面变化检测

3．3 结果与分析

3．3．1 不透水面提取及精度检验

3．3．2 长三角地区不透水面扩展分析

3．4 本章小结

第四章 长三角地区NPP遥感估算及变化分析

4．1 植被NPP遥感估算模型

4．2 CASA模型参数的确定

4．2．1 植被吸收的光合有效辐射估算

4．2．2 植被层对入射光合有效辐射的吸收比例估算

4．2．3 光能利用率ε的估算

4．2．4 最大光能利用率εmax确定

4．3 植被NPP遥感估算结果与验证

4．3．1 植被NPP遥感估算结果

4．3．2 NPP结果验证

4．4 长三角地区NPP的时空分布

4．4．1 长三角地区NPP空间分布

4．4．2 长三角地区NPP年际分布

4．4．3 长三角地区NPP季节分布

4．5 CASA模型参数对NPP的影响

4．5．1 参数的分布规律

4．5．2 模型参数与NPP的相关关系

4．6 本章小结

第五章 城市化对NPP的影响研究

5．1 城市化对NPP的直接影响

5．1．1 城市不透水面变化对NPP的影响

5．1．2 植被覆盖类型的变化对NPP的影响

5．2 城市化对NPP的间接影响

5．2．1 城市化对植被NPP均值的影响

5．2．2 城市化对不同植被类型NPP的影响

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 创新点

6．3 不足与展望

6．3．1 不足

6．3．2 展望

参考文献

作者简介

致谢