青藏高原平均海拔在4000米以上,独特的地理条件造成其漫长的冬季有大量积雪覆盖,积雪产生的水热条件是植被生长的重要影响因素。青藏高原植被类型中高寒草甸、草原、灌丛所占面积比例最大,而植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是草地生态系统最重要的参数之一。青藏高原属于全球变化的敏感区域,因此,青藏高原的生态系统更容易受到全球变化的影响,并进一步导致高原植被各植被参数发生变化。过去几十年青藏高原的气候发生了显著变化(年均气温累积上升1.4℃),导致高原积雪与高寒植被都发生了明显变化。积雪作为植被生长重要的影响因素,研究青藏高原植被NPP与积雪的响应关系及响应机制对于了解NPP变化趋势具有重要的意义。本研究的主要内容是在环境健康遥感诊断的交叉学科框架下,针对作为生态系统健康指数之一的植被净初级生生产力,以时间序列遥感数据为基础,在宏观上对1983年到2012年青藏高原地区植被NPP和积雪相应关系进行遥感诊断。本文的主要研究内容如下:(1)1983-2012年青藏高原地区长时间序列NPP与积雪数据集制作本研究基于长时间序列GIMMS3g-NDVI与气象再分析数据,针对青藏高原地区各植被类型最大光能利用率,应用CASA模型制作了1983~2012年植被NPP数据集,通过与实测生物量数据的对比,结果显示模型具有较好的估算精度。以长时间序列LTDR-AVH09C1与被动微波数据集,应用多元多时相数据融合模型制作了1983~2012年青藏高原积雪数据集,该数据集包含雪深与融雪期两个参数,以MODIS积雪产品与实测积雪数据为对比数据进行了精度评价,结果显示该数据集具有较高的反演精度。(2)1983-2012年青藏高原植被NPP和积雪变化时空演变分析研究首先分析了NPP和积雪参数的月均、年均分布的时空特征,以及近三十年的变化趋势;研究结果显示青藏高原植被NPP在8月份达到峰值,在11月至4月处于最低值,空间分布上呈现明显的由东北向西南逐渐增加的趋势,对比高程数据呈现明显的随海拔增加而减少的趋势;高原的植被NPP在时间序列上呈现总体增加的趋势,祁连山南部及念青唐古拉山北部的高寒草甸苔原地区呈现增加趋势较为显著。青藏高原的积雪覆盖在每年9月达到谷值,在1月与3月达到峰值,空间分布上在主要集中于唐古拉山、念青唐古拉山及昆仑山地区,随高程增加呈现增加的趋势,藏南谷地与川西地区呈现较少积雪分布的特征,时间序列上1998年冬季为积雪覆盖最多的一年,青藏高原积雪覆盖总体呈现增加的趋势,但并不显著,空间差异明显;青藏高原地区融雪期普遍呈现提前的趋势,其中昆仑山南麓地区融雪期提前趋势最为显著。(3)积雪与植被NPP相关性分析以及多种要素控制下的积雪与植被NPP相关性空间分异研究本研究区分了两种积雪参数和其他气候因素对青藏高原植被显著变化的影响,通过基于像元的线性相关分析分别提取了两种积雪参数影响青藏高原植被NPP显著变化的空间分布,并结合植被类型数据、地形数据、生态分区分析了1983~2012年青藏高原植被NPP与积雪相关性的空间分异;植被生长期NPP对积雪的响应关系受到气候因素、地形因素和生态地理分区的影响。不同高程面的NPP与雪深、融雪期呈现不同的相关性特征,总体趋势呈现负相关,无论对于植被生长季的初期、中期还是后期,NPP与SD都在大部分高程面呈现显著的负相关,对于全年的NPP而言,仅当高程大于4600m是呈现显著负相关当降水量较高时,植被NPP与融雪期的正相关性维持在较高的水平,当温度较高时,植被NPP与雪深正相关性较高,当温度较低时,植被NPP与雪深、融雪期的负相关较为显著;当风速较大时,植被NPP与雪深、融雪期的负相关较为显著。以各生态分区为基础单元,高原山地高寒区(HIB1)、高原高寒荒漠区(HID1)、高原温带荒漠区(HIID2)植被NPP与积雪存在显著相关性,其他生态分区相关性不显著。(4)积雪对植被NPP响应关系遥感诊断首先,本研究针对生长期的不同阶段分析了单一要素与植被NPP的相关性,研究结果显示,青藏高原NPP与温度显著相关的区域随植被生长期变化而减少,并且是由西向东呈现面积逐渐缩小的趋势,高原腹地的高寒草甸苔原地区呈现显著的正相关;与降水相关性显著的区域则呈现随生长期的改变而增加的趋势,通过检验的相关性区域空间分布主要集中于藏南谷地地区及祁连山南部;NPP与融雪期相关性显著的区域面积呈现随植被生长而增加的趋势,空间分布主要集中于藏南谷地及川西等地区;植被NPP与冬季雪深在生长季初期仅在某些特定区域呈现显著的正相关,该区域主要集中在藏南谷地的小片区域,其他区域相关性不明显。其次,本研究基于归一化多元线性回归法以像元为单元分析对NPP影响的主导因素,研究选取了植被生长季的平均气温作为温度指标,在水分指标的选取上,我们通过比较降水量对NPP空间分布的影响,选取植被生长季土壤湿度数据作为积雪对植被影响的中间参数,选取上一个冬季的积雪融雪期与积雪深度作为积雪参数。通过分析NPP与四个气候因子(两条响应路径)的归一化多元线性回归分析来研究其后因子对植被变化的共同作用及各因子对植被变化影响的强弱关系。最终得到影响1983年到2012年青藏高原地区植被NPP变化的主导因子分布结果;结果显示无论哪条路径温度对于植被NPP的变化的影响贡献率最高区域面积最大,而降水和土壤水作为主要因素的响应区域则随植被生长期逐渐增加。由于在各影响要素中,积雪对植被NPP的影响并不显著,因此,本研究应用路径分析法诊断积雪对植被NPP间接响应关系,研究根据积雪对植被NPP响应机理确定了两条路径(影响植被的水热条件):积雪-融雪期-植被生长以及积雪-土壤水-植被生长,结合路径分析法诊断两条路径下积雪对植被影响的主要路径以及其空间异质性,结果显示对于羌塘高原湖盆地(HIC2)、青南高原宽谷(HIC1)、果洛那曲高原山地(HIB1)在生长季的前中后期,都体现为雪深-融雪期-NPP影响路径更强,祁连青东高山盆地雪深-土壤水-NPP影响路径作用更强;阿里山、昆仑山等高寒干旱植被植被稀疏区域诊断模型适用度较低。本研究主要创新点:(1)首次完成了基于LTDR-AVHRR的积雪反演模型构建;(2)首次实现了不同因素控制下青藏高原植被NPP与积雪相关性变化遥感诊断;(3)首次以路径分析法为基础实现积雪与植被NPP响应机制的遥感诊断。