学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

遥感结合地面观测的毛竹林碳水通量监测研究

作 者: 徐小军
导 师: 周国模
学 校: 北京林业大学
专 业: 森林经理学
关键词: 毛竹林 碳水通量 通量塔 遥感模型 自然干扰
分类号: S718.5
类 型: 博士论文
年 份: 2013年
下 载: 45次
引 用: 0次
阅 读: 论文下载
 

内容摘要


森林生态系统碳水通量观测和模型模拟是森林碳水循环监测研究的主要方向之一,该研究有利于准确地评估森林生态系统碳水通量和编制森林固碳经营管理措施以应对气候变化,丰富森林可持续经营内涵。极端天气事件对森林造成的干扰已经成为森林碳水通量模型模拟中的重要组成部分,给精准监测碳水通量带来很大不确定性。与其他森林类型相比,竹林具有显著的蒸腾和固碳潜力,其生物学特征及受干扰程度具有明显的差异。由于缺乏针对竹林生态系统的长期观测站点,冠层尺度竹林生态系统碳水循环特征有待研究。结合安吉县毛竹林生态系统通量塔地面观测、卫星遥感影像(Landsat TM和MODIS)和再分析数据(Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications, MERRA)等数据集,该文定量分析了毛竹(Phyllostachys edulis)林生态系统碳通量变化特征及其与环境和生物因子的关联性:构建了适合毛竹林生态系统的碳水通量监测模型,实现站点尺度向区域尺度上推;着重揭示了干旱和冰雪灾害等自然干扰对毛竹林生态系统碳水通量的影响。该研究为评价毛竹林生态系统对区域碳水平衡的贡献提供参考依据、为区域尺度碳水通量精准监测及空间分析提供方法、为制定应对气候变化的毛竹林固碳经营管理措施提供参考资料。该文得出的结果和结论主要包括以下几个方面:(1)根据湍流稳态测试、方差相似性关系和能量平衡闭合分析对通量塔观测数据质量评价,结果表明:站点观测的湍流通量数据满足常通量层假设,符合涡度相关技术的基本要求,数据质量相对较可靠;垂直风速和温度归一化的标准差是大气稳定度的普适函数;适宜的夜间通量摩擦风速u*界限值为0.24~0.33m s-1;能量闭合程度为71%,夜间能量平衡闭合程度较差,降水和异质性地形是引起本站点能量不闭合的主要原因。(2)对2011年毛竹林生态系统碳通量观测数据进行校正、插补和组分分解,结果表明:对于生态系统呼吸(Re)通量组分,基于夜间数据和基于白天数据的2种插补方法差异性较大,表明通量塔Re数据存在较大的不确定性;2011年毛竹林年生态系统净交换量(NEE)、总初级生产力(GPP)和Re分别为417.5gCm-2y-1、1899.7gCm-2y-1和-1482.2gCm-2y-1.NEE在10:00~11:00达到最高峰,午后的NEE略低于上午。毛竹林固碳能力较强,四季均表现为碳汇。(3)采用通量塔观测数据对基于遥感的Penman-Monteith蒸散模型(RS-PM)和光能利用率模型(EC-LUE)进行参数化,建立了毛竹林生态系统蒸发散(ET)和GPP监测模型,并以MODIS和MERRA数据为驱动变量,估算安吉县毛竹林ET和GPP,结果表明:与通量塔观测结果相比,最优模型估算的8天ET和GPP平均值相对均方根误差(RMSEr)分别为22.35%和17.96%;考虑GPP饱和效应有助于提高EC-LUE模型精度,RMSEr从32.79%降低到17.96%。(4)碳通量各组分与环境和生物因子相关性分析结果表明:GPP与温度(T)相关性最高(P<0.01),依次为叶面积指数(LAI)>归一化植被指数(NDVI)>水蒸气压差(VPD)>光合有效辐射(PAR)>土壤含水量(SVWC); PAR、LAI和VPD是NEE的主要影响因子(P<0.01);Re与T相关性最高,其次为NDVI和LAI(P<0.01)。建议将LAI和NDVI引入区域尺度毛竹林生态系统Re估算模型中。(5)将整个干旱过程分成开始期、干旱期和恢复期3个阶段,分析了干旱对毛竹林生态系统NEE、GPP和Re的影响,结果表明:干旱显著地改变环境因子与GPP、NEE和Re的相关性;在干早期不同阶段,起关键作用的环境因子发生变化;综合VPD和SVWC能较好地表征干旱对碳通量的影响;动态线性回归模型模拟结果表明干旱降低了GPP和NEE,两者降低量分别为12.7%和44.8%,但对Re影响较少,可见减少了固碳能力和增加了碳排放量。将VPD和SVWC引入EC-LUE模型中,能提高干旱期GPP估算精度。(6)利用2004-2011年安吉县毛竹林ET和GPP分布图,分析了2008年冰雪灾害对毛竹林生态系统ET和GPP的影响以及地形与冰雪灾害影响程度的关系,结果表明:冰雪灾害降低了毛竹林生态系统年GPP和ET,平均GPP减少量为0.17gC m-2d-1;处于小年期的毛竹林GPP和ET受冰雪灾害的影响程度稍高于大年毛竹林;GPP受冰雪灾害影响程度与地形的关联度高于ET,海拔和坡度与GPP降低量呈正相关关系。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
名词缩写  12-14
1 引言  14-32
  1.1 研究意义  14
  1.2 森林碳水通量监测相关研究综述  14-29
    1.2.1 碳通量数据处理和组分分解  14-19
    1.2.2 碳水通量监测模型  19-22
    1.2.3 干旱对森林碳循环的影响  22-24
    1.2.4 冰雪灾害对森林的影响  24-27
    1.2.5 竹林碳循环监测研究进展  27-29
  1.3 本研究概况  29-31
    1.3.1 研究内容  29
    1.3.2 研究目标  29-30
    1.3.3 技术路线  30-31
  1.4 论文结构  31-32
2 研究区和数据处理  32-36
  2.1 研究区概况  32
  2.2 毛竹林通量观测塔  32-33
  2.3 观测塔数据处理  33-34
  2.4 样地调查数据  34-36
3 湍流通量观测数据质量评价  36-46
  3.1 质量评价方法  36-38
    3.1.1 大气湍流分析  36-38
    3.1.2 能量平衡闭合分析  38
  3.2 结果分析与讨论  38-44
    3.2.1 湍流分析结果  38-41
    3.2.2 夜间湍流通量  41-43
    3.2.3 能量平衡闭合程度  43-44
  3.3 小结  44-46
4 数据插补和组分分解  46-57
  4.1 插补方法  46-48
    4.1.1 基于夜间数据方法  46-47
    4.1.2 基于白天数据方法  47-48
  4.2 模型参数化方案  48
  4.3 结果分析与讨论  48-56
    4.3.1 NB方法  48-50
    4.3.2 DB方法  50-52
    4.3.3 NB和DB方法模型参数比较  52-53
    4.3.4 基于NB和DB方法插补结果比较  53-54
    4.3.5 毛竹林碳通量组分变化图  54-56
  4.4 小结  56-57
5 碳水通量监测模型构建  57-70
  5.1 EC-LUE模型介绍  57-62
    5.1.1 EC-LUE模型输入变量  58-59
    5.1.2 模型输入变量获取  59-62
  5.2 MERRA与通量塔观测数据比较  62
  5.3 MODIS LAI/NDVI产品处理  62-63
  5.4 模型参数化方案  63-64
  5.5 精度评价  64-65
  5.6 结果分析与讨论  65-69
    5.6.1 ET估算结果  65-66
    5.6.2 GPP估算结果  66-68
    5.6.3 讨论  68-69
  5.7 小结  69-70
6 干旱对毛竹林碳通量的影响  70-87
  6.1 研究方法  70-72
    6.1.1 移动、平均法  70
    6.1.2 动态线性回归法  70-71
    6.1.3 干旱期划分  71-72
  6.2 结果分析与讨论  72-85
    6.2.1 碳通最与各因子相关性分析  72-75
    6.2.2 干旱对碳通量影响轨迹分析  75-84
    6.2.3 干旱对碳通最影响评估  84-85
    6.2.4 基于干旱影响知识对模型改进  85
  6.3 小结  85-87
7 冰雪灾害对GPP和ET的影响  87-103
  7.1 数据与处理  87-90
    7.1.1 毛竹林信息提取  87-88
    7.1.2 地形因子计算  88
    7.1.3 研究区ET与GPP估算  88-90
  7.2 冰雪灾害影响评价方法  90-91
  7.3 结果分析与讨论  91-102
    7.3.1 冰雪灾害对ET的影响  91-94
    7.3.2 冰雪灾害对GPP的影响  94-99
    7.3.3 地形与冰雪灾害程度的关系  99-102
  7.4 小结  102-103
8 总结与展望  103-109
  8.1 总结  103-105
  8.2 特色和创新  105-106
    8.2.1 特色  105-106
    8.2.2 创新  106
  8.3 存在问题和展望  106-109
参考文献  109-126
个人简介  126-127
导师简介  127-128
获得成果目录  128-129
致谢  129

相似论文

  1. 南京市溧水县稻田土壤全氮的遥感估测,S153
  2. 毛竹专用矿渣肥对毛竹生长和土壤环境的影响,S795.7
  3. 基于施肥处理不同起源毛竹林生物量研究,S795
  4. 高寒草甸几种常见干扰类型的研究,S812
  5. 基于高光谱植被指数的棉花冠层结构参数的估算研究,S562
  6. RS和GIS支持下的策勒绿洲植被NPP与Biomass估测研究,Q948.1
  7. 基于LAI的棉花产量近地遥感模型研究,S562
  8. 基于RS与GIS的夏尔希里自然保护区植被NPP估测研究,Q948
  9. 基于高光谱红边参数定量提取棉花冠层特征信息的研究,S562
  10. 闽北山地上位阔叶林对毛竹林生产力的影响,S795
  11. 毛竹林土壤呼吸及其三个生物学过程的时空格局变化研究,S714
  12. 中国近海叶绿素和初级生产力的时空分布特征和环境调控机制研究,Q948.8
  13. 海拔对毛竹林结构及生理生态学特性的影响研究,S795
  14. 多时空尺度的生态补偿量化研究,S127
  15. 生态水遥感定量研究,X87
  16. 中亚热带人工针叶林生态系统碳水通量的观测和模拟研究,S718.5
  17. 陆地不同生态系统土壤呼吸及土壤碳循环研究,S154
  18. 基于SEBAL模型的极端干旱气候区域蒸散发的遥感估算,P407
  19. 塔克拉玛干沙漠腹地地表风沙动力热力参数观测研究,X16
  20. 海面盐度多源遥感协同反演方法研究,P714.1
  21. 农田蒸散量的多尺度监测与验证研究,TP79

中图分类: > 农业科学 > 林业 > 林业基础科学 > 森林生物学 > 森林生态学
© 2012 www.xueweilunwen.com