2008年初异常天气对吉安市森林总初级生产力影响遥感监测

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随着人类文明的飞速发展,全球气候与环境也发生了显著的改变。气候变化无疑会对陆地生态系统造成巨大的影响,从而影响植被生产力的时空分布。而作为全球生态系统生产力的主体,陆地生态系统生产力为整个生态系统的运行提供了物质基础和能量来源,因此植被生产力的改变最终又会对整个生态系统的运行,包括人类社会的发展产生不可估量的反作用。环境气候因子对生态系统总初级生产力(GPP)的影响,一直以来都是全球碳循环研究中的热点问题。然而,这些研究主要都集中在温度和水分等渐变式气候因子对生态系统GPP和碳循环的影响方面,低温雨雪冰冻、台风等极端天气事件对GPP的扰动研究却相对较少。低温雨雪冰冻天气是自然干扰的重要形式,会影响到森林的林分结构和树木生长,从而进一步对GPP和生态系统碳循环产生巨大影响。  本研究采用遥感驱动的植被光合模型(VPM),结合多时相遥感影像、地面气象资料和涡度相关通量观测等多源数据对江西省吉安市2001~2008年的GPP进行了模拟,分析了GPP的时空分布特征及其与气候因子间的关系,通过比较2008年不同时段GPP与2001~2007年同期GPP的差别,评价了异常天气对研究区森林GPP的影响程度及其与地形因子的关系。通过本研究可以得到以下研究成果和结论:  (1)基于VPM模型的GPP模型估算及其验证  利用位于研究区内千烟洲生态站涡度相关通量观测数据对植被光合模型(VPM)进行了参数化,并利用2004、2005两年的GPP观测数据进行了验证。结果表明,本地参数化后的VPM模型较好地模拟了森林GPP的季节动态,2004、2005年模拟结果与通量观测数据比较的决定系数R2分别达到了0.90977和0.93877,但对于年总量来说,2004和2005年VPM模型的模拟值比观测数据偏低11.8%和16.8%,这种偏差主要发生在非生长季,而在生长季(4-10月)内,模拟值仅比观测数据低4.0%和5.6%。  (2) GPP时空分布特征及其与影响因子之间的关系  在对研究区2001~2008年每日GPP进行模拟的基础上,分析了GPP及其影响因子在不同时空尺度上的分布规律及演变格局。研究区森林的GPP存在着明显的年际变化,8年的GPP平均值为3.92 g C m-2d-1,2004年的GPP最高,为4.25 g C m-2d-1,2005年的GPP最低,为3.584 g Cm2d-1。在一年之内,GPP总体呈现单峰形态。1~3月气温较低,GPP维持较低水平,4月份开始逐步增加,7月份生长最为旺盛,GPP达到峰值,平均7.36 g C m-2d-1;此后气温回落GPP逐步走低,10月份之后结束生长季。GPP的积累期主要发生在水热条件较好的4~10月,这期间GPP总量占全年的85%左右。空间分布上,安福南部与永新北部相邻处,以及遂川东部与万安接壤地区为GPP高值区,平均达到4.5~5 g C m-2d-1左右;而遂川南部、井冈山市西部、新干峡江等地区GPP平均值则处于相对低值水平。  (3)低温雨雪冰冻天气对研究区GPP的影响分析  与2001~2007年的GPP的平均值相比,2008年的GPP在第9天至48天明显偏低,研究区GPP平均下降了0.3 g Cm2d-1左右;除永丰、吉水和峡江等少数地区外,2008年上半年研究区内大部分森林的GPP均比2001~2007年同期平均值下降约0.4~0.6 g C m-2d-1左右,其中万安与泰和交界处、安福南部、遂川东部以及井冈山和吉安县的部分地区GPP减少尤其严重;2008年全年的GPP仍低于2001~2007年的平均水平,但下降幅度比上半年减小,说明随着时间的推移,受灾的森林逐步得到恢复。  结合地形分析,2008年初的异常天气对森林GPP的影响主要发生在海拔150至1500m之间,从150到600m,GPP的减少随着海拔的升高递增,海拔高于600m后GPP的减少与海拔高度出现负相关,受灾最为严重的600 m附近区域2008年上半年GPP平均减少了0.63 g C m-2d-1,下降幅度为18%; GPP的降低主要发生在坡度大于2度的区域,且随着坡度的增加GPP的减少幅度显著增大,到13°左右达到峰值,约为14.3%,其后趋于稳定。另外东南坡向的森林的GPP的降低幅度明显大于西北坡向。总的说来相对差异性归一化燃烧指数(RdNBR)对森林GPP的降低表现出良好的指示作用,随着GPP的降低幅度增大,RdNBR也相应增大。
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