三江源长时序LAI/FVC/GPP生态参量遥感产品对比评价研究

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dingwenqi65118290
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定量评估全球植被时空动态变化是制定生态系统可持续发展目标(Sustainable Development Goals,SDGs)的重要前提,卫星遥感数据衍生的生态参量产品为研究长时间序列全球及区域植被时空变化提供了重要数据源。理解和量化不同数据集表征植被时空动态变化的不确定性是一项具有挑战性的任务,特别是在高海拔、大起伏度的山区。三江源国家级自然保护区作为长江、黄河和澜沧江的发源地,地势高耸、下垫面复杂、气候条件多变,是全球变化最敏感的区域之一。了解该区域植被生长动态及变化趋势状况,进而制定可持续发展战略离不开长时序遥感数据集的支持。然而,由于三江源地区的季节性积雪覆盖、局地小气候以及地形的复杂性,给山区植被生态参量遥感产品的精确反演以及对植被动态过程的认知带来极大的不确定性。为了保证趋势检测研究的可靠性,并回答当前不同生态参量遥感产品是否适用于高海拔山区植被动态监测的不确定性水平这一关键问题,有必要对不同生态参量遥感产品的差异性和一致性进行全面评估。选择全球地表卫星叶面积指数(Global LAnd Surface Satellite Leaf Area Index,GLASS LAI)、植被覆盖度(Fractional Vegetation Cover,FVC)和总初级生产力(Gross Primary Production,GPP)产品作为典型生态参量数据源,采用经验回归、Mann–Kendall突变检验、变异系数以及Hurst指数等方法研究了三江源2000-2017年植被覆盖时空变化特征。其中,经验回归用来探索三江源植被时间和空间变化趋势;Mann–Kendall突变检验用来判断植被是否存在突变情况;变异系数法用来探究植被的稳定程度;Hurst用来预测植被未来变化的趋势走向。此外,为了评估这些产品在山区的表现,基于数字高程模型(DEM),计算三江源海拔、地形起伏度、坡度和坡向四种地形因子,探索了三种产品的多年均值和变化随不同地形的分异规律。在此基础上,对比分析了LAI、FVC和GPP在植被覆盖时空变化及其随地形变化的响应差异。主要结论如下:(1)从长时序变化趋势来看,三江源地区2000-2017年植被整体呈改善趋势,植被改善的面即大于退化面积,FVC捕捉到了最多的改善区域(25.02%),GPP观察到了最少的退化区域(0.74%);森林生态系统LAI、FVC和GPP改善程度最好,相比而言草甸生态系统的LAI、FVC和GPP则检测到了较多的退化情况。MannKendall突变检验结果检测到灌丛和高山植被的LAI、FVC和GPP存在严重的不一致情况。另外,2005、2008和2015年植被可能存在突变情况。(2)三江源植被覆盖空间异质性较强,LAI、FVC和GPP从东南向西北逐渐降低。低植被覆盖区稳定性较差,在高山植被和草原生态系统内,FVC的稳定性最差。Hurst指数表明三江源植被目前的趋势具有弱反持续性。通过产品间相互比较表明LAI、FVC和GPP变化趋势空间格局较相似,一致性达到66.56%,其中LAI与GPP变化趋势之间的一致性较好。研究区东北部、西北部均观察到了一致的改善情况,曲麻莱和甘德县均观察到了一致的退化情况。(3)三江源植被LAI、FVC和GPP的多年均值和稳定性随海拔、地形起伏度和坡度的变化具有相似的分异规律。高海拔、缓坡和小起伏度区域的植被稳定性较差;低海拔、缓坡和小起伏度区域植被LAI、FVC和GPP多年均值较高。此外,三种产品的变化趋势随海拔、地形起伏度和坡度的分布规律基本相似。在低海拔、小起伏度和缓坡地区观察到植被更趋于绿化,而在高海拔、陡坡和大起伏度地区观察到植被更趋于变黄。值得注意的是,高海拔、陡坡和大起伏度区域植被LAI、FVC和GPP可持续性最低,同时这些区域由于地表植被稀疏,导致观察到了较多不一致现象。最后,研究区各个坡向上植被LAI、FVC和GPP在不同坡向(尤其是阴坡)的稳定性、变化趋势和变化可持续性分布规律差异较大。本研究突显了使用生态参量产品评估三江源植被生态系统及其地形分异规律的不确定性和可靠性,这在试图准确识别植被生长的变化和不同因素的贡献时至关重要,虽然上述数据集的输入数据和估算方式略有不同,这进一步使跨产品的比较复杂化,但这项研究表明,GLASS生态参量产品为探索三江源植被覆盖时空变化提供了一个相对可靠的基础,也为该地区的可持续发展提供了理论支持。
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