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青藏高原的能量和水循环在亚洲季风系统中有着非常重要的作用,大尺度的植被是影响地面能量过程的关键因子,因此青藏高原地表植被参数的研究对于我们认识高原对亚洲乃至全球的气候变化的影响及其作用有相当大的帮助。
本研究首先利用MODIS可见光和近红外1、2、3波段的卫星资料推算得到“全球能量水循环之亚洲季风青藏高原实验”(GAME/Tibet)实验区4-10月季风前后的地表植被参数的变化情况,并将其与NOAA-14AVHRR卫星资料分析得到的实验区的植被参数进行了比较。同时分析了不同算法在青藏高原的适用性。并且在此基础上,采用6S辐射传输模式对MODIS的前三个波段:红光波段,近红外波段以及蓝光波段进行了大气订正,分析了订正前后实验区域植被参数NDVI和EVI的变化情况以及季风前后变化的差异。并将订正后的结果与MODIS的植被参数产品进行了比较。最后在GAME/Tibet实验的基础上,将对地表植被参数的研究从藏北高原扩展到了整个青藏高原。通过上述的工作,我们得到了以下结论:
1.MODIS在植被指数NDVI的基础上增加了一个新的植被指数EVI,一方面减小了大气的影响,另一方面减小了土壤背景噪声的影响,相比于NDVI更能反映实验区的植被状况。
2.分别采用了Carlson和Ripley以及Valor和Caselles提出的植被覆盖度的算法得到了实验区植被覆盖度的分布。总的来说,由于第二种算法要求较高不具有普适性,因此一般情况下仍采用第一种算法。
3.从SR、NDVI、Pv推算得到的叶面积指数来看,利用NDVI计算LAI的算法在高原上是最不实用的一种。而利用SR则会在植被覆盖多时将值夸大,而在植被覆盖较小时,使得到的LAI偏小。而只有利用Pv推算得到的LAI是比较可靠的。
4.将AVHRR和MODIS的结果进行比较发现由MODIS反演得到的结果稍大于由AVHRR反演得到的结果,但由AVHRR和MODIS反演出的植被参数在变化趋势上大致相同,因此我们认为由卫星反演出的植被参数是可行并且也是可信的。
5.红光、蓝光波段大气订正以后反射率降低,而由于实验区属半干旱地区,辐射传输受水汽以及气溶胶影响较小,近红外波段经大气订正以后反射率也降低,但最大也不超过0.01。经过大气订正以后的NDVI和EVI的区域分布图像更加清晰,NDVI在订正后增大而EVI在订正后减小,并在季风来临时的7月变化最大,且EVI经订正后的变化大于NDVI。从区域分布来看NDVI和EVI的变化都是在高值区最明显。
6.订正后的植被参数与MODIS植被参数产品的区域分布较一致,由MODIS植被参数产品得到的结果普遍大于订正后的结果,在季风中的7月和季风后的9月表现的相对明显,且EVI的差别大于NDVI。这是因为MODIS植被参数产品是16天的最大值合成方法(MVC)的结果。由于在季风来临前后的6-9月正是植被生长最快的季节,因此利用16天最大值合成方法得到的植被参数大于利用单天资料得到的结果。
7.整个青藏高原的植被指数分布具有明显的区域差异,在高原东部植被指数较高,而高原西部的大部分地区则明显偏小。从季节的变化来看,从9月到10月,植被指数有一个明显的减小,在植被较为茂盛的区域更为明显。
8.整个青藏高原的分布来看,在9月大部分地区LAI的值在0.0-2.0范围之间,只有在植被比较茂盛的东部地区有一部分区域达到3.0-4.0的范围。到了10月,叶面积指数与其他植被指数的变化趋势一致,整个青藏高原地区的LAI值都降为1.0左右,而在西部原本植被就较少的区域,叶面积指数则不到1.0。