王鹤松基于通量观测和卫星遥感集成的植被生产力模拟.ppt

基于通量观测和卫星遥感基于通量观测和卫星遥感集成的植被生产力模拟集成的植被生产力模拟王鹤松 中科院大气所东亚中心wanghs@林业应对气候变化研讨会林业应对气候变化研讨会2010年年12月月10日日 北京北京中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室 陆地生态系统总初级生产力（Gross Primary Productivity, GPP）是指陆地绿色植被在单位面积、单位时间内通过光合作用所固定的有机物（碳水化合物）数量； GPP=NEE+Reco， Reco=Ra+Rh ； GPP是全球变化研究的核心内容之一； GPP是碳循环研究中的重要组成部分研究背景中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室李正权，2006通量观测的尺度变化通量观测的尺度变化中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室MOD17 最大光能利用率(MaxLUE)参数Since all MODIS products are designed at a 1-km grid scale, it can be difficult to obtain accurate land cover in areas with complex vegetation, and misclassification can occur. However, studies have suggested that the MODIS vegetation maps are accurate to within 65-80%, with higher accuracies for pixels that are largely homogeneous, and allow for consistent monitoring of the global land cover (Hansen et al. 2000).McCallum et al., 2009 These biome-specific properties are not differentiated for different expressions of a given biome, nor are they varied atany time during the year. In other words, a semi-desert grassland in Mongolia is treated the same as a tallgrass prairie in the Midwestern United States. MOD17 user’s guide中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室MODIS 2008年MaxLUE分布图(gC/m2/molPAR)BiomesCroplandWoodlandGrasslandSitesJZYKLZDXTYCDYKCWMYDSTYGARYZNMZYεmax-EC(gC/mol PAR)0.780.530.510.260.470.570.390.650.170.390.470.300.220.16εmax-MOD(gC/mol PAR)0.330.330.330.330.330.490.510.510.330.330.330.330.330.33中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室 本研究依靠动态模拟的最大光能利用率 (MaxLUE) 来模拟中国北方的植被生产力。

(1) 通过各像元年 EVI最大值与 visible albedo 最小值模拟 MaxLUE； (2) 模拟并通过协同观测资料验证GPP； (3) 分析我国北方 MaxLUE以及生长季GPP空间特征研究背景中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室SiteVegetation typeLocationEC above canopy (m)Elevation (m)Precipitation (mm)JZCropland (maize)41°09N, 121°12E117463YKCropland(maize)38°51N, 100°15E12859382LZCropland(maize)39°20N, 100°25E11382376DYKEvergreen needleleaf Forest38°32N, 100°15E22823360CWDeciduous broadleaf Forest35°15N, 107°41E251220540MYDeciduous broadleaf Forest40°38N, 117°19E20350584DSDesert steppe44°05N, 113°34E2990287TYGDegraded Meadow44°34N, 122°55E2151404ARSub-alpine Meadow Steppe38°03N, 100°28E23033396YZTypical Steppe35°57N, 104°08E21968382DXCropland (Wheat)35°33N, 104°36E21912505NMDesert steppe42°56N, 120°42E2371405TYCCropland (sunflower)44°35N, 122°52E2151404ZYSteppe desert39°05N, 100°16E21483353台站基本情况中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室北方干旱-半干旱地区协同实验通量网 在协同观测前，对通量仪器进行统一的标定，对通量数据进行统一的质量控制。

农田站下垫面中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室林地站下垫面中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室草地站下垫面中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室仪器标定中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室我国北方数字高程（DEM）数据，SRTM大野口、锦州和阿柔站2009年Landsat TM5 数据MODIS 陆地产品组： 2008年的地表反射率（MOD9A1）以及土地覆盖类型数据（MCD12Q1）利用ORNL 创建的提供的各站点3×3 subset （MOD9A1,1.5×1.5Km2）遥感数据的获取SiteSensorPath/RowAcquisition timeARLandsat-5 TM133/342009-8-11DYKLandsat-5 TM133/332009-8-11JZLandsat-5 TM120/312009-7-15中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室TYy = 0.7225e-11.401x R2 = 0.76, p<0.01y = 0.1333e2.4991x R2 = 0.77, p<0.01Minimal visible albedoMaximal EVIMaxLUE的模拟中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室Li et al., 2007Xiao et al., 2004Yan et al., 2009已有的VPM模型对GPP的模拟Wu et al., 2009中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室Maximal EVIMinimal visiblealbedoMaximal LUETime seriesof EVI8-d mean air temperatureToptTscalarLSWIWscalarPscalarActual LUEFPARPARGPPGPP模拟流程图中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室基于动态模拟的MaxLUE 2008年分布基于MOD17算法的MaxLUE 2008年分布Transition zoneHetao OasisMaximal LUE (g C/mol PAR)ABSongnen Plain C4 cropTransition zoneHetao OasisSongnen Plain C4 cropMaximal LUE (g C/mol PAR)Wang et al., 2010, RSE中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室20082008年生长季年生长季GPP(gC/mGPP(gC/m2 2) )中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室与已有研究结果的对比作者 植被类型地理位置观测GPP本研究模拟值年份Li et al., 2007高寒草甸37.62N，101.31E789.2824.92004高寒灌丛37.69N，101.34E528.5583.22004沼泽化湿地37.59N，101.36E508.6555.12004Yan et al.,2009农田36.96N，116.49E1409.41569.52003农田36.96N，116.49E2131.81569.52004Wu et al.,2008温带红松阔叶林42.41N，128.09E14331645.82003温带红松阔叶林42.41N，128.09E11321645.82004温带红松阔叶林42.41N，128.09E14901645.82005伍卫星等（2008）温带草原43.54N，113.66E641.5766.1*2003.4-2005.9*乘以2.8中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室模拟GPP与协同观测GPP对比中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室ABCR2 = 0.61,p<0.02R2 = 0.70,p<0.01R2 = 0.84,p<0.01下垫面异质性对模拟精度的影响EVI rangingA:0-0.1;B:0.1-0.2;C:0.2-0.3;D:0.3-0.4:E:0.4-0.5;F:0.5-0.6;G:0.6-0.7中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室 本研究利用遥感数据动态模拟了MaxLUE，并将其应用到区域GPP模拟中，取得了较好的效果。

(1) 很多传统光能利用率方法，将同一植被类型下MaxLUE设定为固定值，通过FPAR调节光能利用率本研究认为MaxLUE的时空异质性也应当考虑； (2) EC质量控制方法带来不确定性； (3) 协同台站数与观测时间相对整个北方中国而言还较少； (4) 现有的GPP产品（MODIS-GPP）,很可能低估了中国北方地区的固碳能力结论与讨论中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室谢谢！中国科学院东亚区域气候-环境重点实验室。