植被生产力时空变化分析.doc

9 植被生产力时空变化分析9.1 数据来源植被净第一性生产力（net primary productivity ，NPP）指的是绿色植物在单位时间和单位面积上所产生的有机干物质总量，作为表征植物活动的关键变量，可反映植被对大气中 CO2 固定能力，是陆地生态系统中物质与能量运转研究的重要环节植被净第一性生产力是植物自身生物学特性与外界环境因子相互作用的结果，它是评价生态系统结构与功能特征和生物圈的人承载力的重要指标NPP 研究方法很多，有关学者从不同角度及学科对 NPP 的估算进行了深入细致的研究，取得了丰硕的成果近年来，随着遥感和计算机技术的发展，利用遥感信息和 GIS 技术进行 NPP 研究成为一种全新手段，它不仅免去了许多烦琐的实验工作，还实现了区域尺度 NPP 估算的可能具有全球观测能力的遥感技术是全球变化研究中重要的、无可替代的技术手段由于遥感具有周期短、时空分辨率高、覆盖面积大、获取数据便捷等特点，所以利用遥感资料对陆地植被进行动态监测，已成为当前国际植被变化研究中的前沿课题MODIS 光谱分辨率较高，波幅窄，避免了几个大气吸收带，在计算植被指数时有更严格的去云算法和比较彻底的大气校正。

植被指数是表征地表植被特征的重要指标，MODIS 植被指数可以更好地反映植被的时空变化特征，是当前植被及其变化动态宏观研究的主要遥感资料和热点问题本研究采用的 NPP 数据为美国国家航空航天局 (NASA)的EOS/MODIS(TERRA 卫星)提供的 2001-2012 年的遥感数据产品(MOD17A3)MOD17A3 是通过 BIOME-BGC 模型计算出全球陆地植被净初级生产力(NPP)年际变化的资料，空间分辨率为1kmMODIS-NPP 的数据是全年 365d 每日光合作用产生的有机物质总量(Photosynthesis ，简称 PsnNet)的加和扣除全年自养呼吸后剩余的部分，称为全年植被净初级生产力(annual Net Primary Productivity，简称 aNPP)利用 MRT(Modis Reprojection Tool)软件将原始 hdf 数据转换成分辨率为 1km×1km 网格数据，塔里木河干流研究区共计有 14355 个栅格9.2 处理方法MODIS-NPP：MOD17A3 产品提供全年 NPP 的总值，收集2001—2012 年塔里木河干流区和“四源”MOD17A3 产品 NPP 数据，分别代表该地区 2001-2012 年每年的 NPP。

数据来自于：https://wist.echo.nasa.gov/api/利用 MODISWebsite 提供的 MRT 投影工具软件，所下载的数据进行投影定义和镶嵌，合成塔里木河干流地区的影像利用 ArcGIS10.0 将影像投影转换为 Albers 等积圆锥投影9.3 塔里木河干流植被生产力变化分析9.3.1 塔里木河干流区2001-2012 年塔里木河干流植被 NPP 空间格局的变化见图 9-1—9-5由图可见，塔里木河上游是整个流域植被生长最好的地区，中游次之，下游最差2001-2012 年塔里木河干流 NPP 总量平均约为1.27×1012 gC/a过去 10 余年间，研究区大部分地区植被 NPP 变化不显著，在正常波动范围之内，变化显著的区域重要分布在上游区域西部和上、中游临界区域从 MODIS 年 NPP 分布来看，塔里木河干流年均 NPP 在这 10余年间并无明显的变化趋势特征，年 NPP 总量主要表现波动变化如：2005 年较 2001 年，年 NPP 总量有所增加，约增加了0.33×1012 gC；2008 年较 2005 年，年均 NPP 和 NPP 总量都有所减少，年均 NPP 值从 2005 年的 103.32 gC/(m2·a)减小到 2008 年的75.53 gC/(m2·a)，年 NPP 总量从 2005 年的 1.48×1012 gC 减小到2008 年的 1.08×1012 gC；2010 年较 2008 年，年均 NPP 和 NPP 总量均有所回升，年均 NPP 值增加为 87.61 gC/(m2·a)，年 NPP 总量增加为 1.26×1012 gC；2012 年较 2010 年，年均 NPP 和 NPP 总量再次小幅回落，2012 年均 NPP 值 82.05 gC/(m2·a)，年 NPP 总量减小为 1.18×1012 gC；塔河干流区 NPP 的空间分布特征与河流有密切的关系，越靠近河流 NPP 值越大；且从上游到下游逐渐减小。

但由于NPP 的年际变化受气象、水文和人类活动等多因素影响，近 10 余年间，NPP 年际变化与塔里木河干流的流量并未呈现出明显的相关关系表 9- 1 2001-2012 年塔里木河干流区 NPP 基本属性统计表年份 最小值gC/(m2·a)最大值gC/(m2·a)象元数1000*100均值gC/(m2·a)总量1012 gC2001 0 282.7 14354 80.56 1.162002 0 282.7 14355 86.71 1.242003 0 359.8 14353 105.26 1.512004 0 282.7 14355 89.24 1.282005 0 359.8 14355 103.32 1.482006 0 282.7 14355 86.11 1.242007 0 282.7 14355 93.58 1.342008 0 231.3 14355 75.53 1.082009 0 308.4 14355 95.71 1.372010 0 411.2 14354 87.61 1.262011 0 257.0 14351 77.42 1.112012 0 282.7 14353 82.05 1.18表 9- 2 2001-2012 年塔里木河干流区 NPP 等级面积统计表年份 0-100(km2) 100-200(km2) 200-300(km2) 300-400 (km2) No data(km2)2001 9760 3780 810 4 514422002 9089 4372 894 0 514412003 7119 5351 1827 56 514432004 8580 5123 652 0 514412005 7652 4866 1720 117 514412006 9015 4545 795 0 514412007 7913 5613 829 0 514412008 9737 4355 263 0 514412009 7866 5431 1053 5 514412010 8773 4634 943 4 514412011 9553 4345 453 0 514452012 9259 4499 595 0 51443图 9- 1 2001 年塔里木河干流 NPP 空间分布图图 9- 2 2006 年塔里木河干流 NPP 空间分布图图 9- 32008 年塔里木河干流 NPP 空间分布图图 9- 4 2010 年塔里木河干流 NPP 空间分布图图 9- 5 2012 年塔里木河干流 NPP 空间分布图9.3.2 塔里木河干流上游区2001-2012 年塔里木河干流上游区植被 NPP 空间格局的变化见图 9-6—9-10。

由图可见，塔里木河上游是整个流域植被生长最好的地区，2001-2012 年间年均 NPP 和年 NPP 总量约为 102.03 gC/(m2·a)和 1.03×1012 gC/a2001 年，塔河干流上游区年均 NPP和年 NPP 总量分别为 94.7 gC/(m2·a)和 0.96×1012 gC2005 年较2001 年，单位面积年均 NPP 和年 NPP 总量有所增加，约增加了23.8 gC/(m2·a)和 0.24×1012 gC；2008 年较 2005 年，年均 NPP 和NPP 总量都急剧减少，甚至低于 2001 年水平，年均 NPP 值从 2005年的 118.47 gC/(m2·a)减小到 2008 年的 85.13 gC/(m2·a)，年 NPP总量从 2005 年的 1.20×1012 gC 减小到 2008 年的 0.86×1012 gC；2010 年较 2008 年，年均 NPP 和 NPP 总量有所回升，年均NPP 值增加为 101.82 gC/(m2·a)，年 NPP 总量增加为 1.02×1012 gC；2012 年较 2010 年，年均 NPP 和 NPP 总量再次小幅回落，2012年均 NPP 值 93.48 gC/(m2·a)，年 NPP 总量减小为 0.94×1012 gC。

表 9- 3 2001-2012 年塔里木河上游区 NPP 基本属性统计表年份 最小值gC/(m2·a)最大值gC/(m2·a)象元数1000*100均值gC/(m2·a)总量1012 gC2001 0 282.7 10097 94.70 0.962002 0 282.7 10097 99.77 1.012003 0 359.8 10097 120.77 1.222004 0 282.7 10097 100.05 1.012005 0 359.8 10097 118.47 1.202006 0 282.7 10097 98.46 0.992007 0 282.7 10097 104.73 1.062008 0 231.3 10097 85.13 0.862009 0 308.4 10097 109.21 1.102010 0 308.4 10097 101.82 1.032011 0 257.0 10096 89.32 0.902012 0 282.7 10097 93.48 0.94表 9- 4 2000-2012 年塔里木河上游区 NPP 等级面积统计表年份 0-100(km2) 100-200(km2) 200-300(km2) 300-400 (km2) No data(km2)2001 5883 3400 810 4 207272002 5313 3890 894 0 207272003 3789 4425 1826 56 207282004 5001 4444 652 0 207272005 4288 3974 1718 117 207272006 5391 3913 793 0 207272007 4595 4675 827 0 207272008 6070 3764 263 0 207272009 4461 4588 1043 5 207272010 5166 3983 943 4 207272011 5793 3850 453 0 207282012 5619 3883 595 0 20727图 9- 6 2001 年塔里木河干流 NPP 空间分布图图 9- 7 2005 年塔里木河干流上游区 NPP 空间分布图图 9- 8 2008 年塔里木河干流上游区 NPP 空间分布图图 9- 9 2005 年塔里木河干流上游区 NPP 空间分布图图 9- 10 2012 年塔里木河干流上游区 NPP 空间分布图9.3.4 塔里木河干流中游区2001-2012 年塔里木河干流中游区植被 NPP 空间格局的变化见图 9-11—9-15。

由图可见，塔里木河中游区植被生长情况与上游区相比明显较差2001-2012 年间，塔河干流中游区年均 NPP 和年NPP 总量约为 57.68 gC/(m2·a)和 0.21×1012 gC/a，年际间依然表现波动变化2001 年，塔河干流中游区年均 NPP 和年 NPP 总量分别为 47.6 gC/(m2·a)和 0.17×1012 gC2005 年较 2001 年，单位面积年均 NPP 和年 NPP 总量有所增加，分别为 66.48 gC。