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遥感技术与应用 2019年第2期34卷 377-388页

作者：王莹莹袁金国张莹吴朝阳河北师范大学资源与环境科学学院河北石家庄050024 河北省环境演变与生态建设省级重点实验室河北石家庄050024 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

陆地表面物候(Land Surface Phenology,LSP)被定义为陆地表面植被的生命周期事件在区域或全球尺度上的各季节时间,对于中国温带地区的植被物候,已有研究大多仅针对某一地区的单一植被类型,对长时间、大尺度的陆表物候时空变化的研究较... 详细信息

陆地表面物候(Land Surface Phenology,LSP)被定义为陆地表面植被的生命周期事件在区域或全球尺度上的各季节时间,对于中国温带地区的植被物候,已有研究大多仅针对某一地区的单一植被类型,对长时间、大尺度的陆表物候时空变化的研究较为少见,植被物候对总初级生产力(Gross Primary Productivity,GPP)的影响也有待明确。采用2001～2014年中等分辨率成像光谱仪MODIS的MCD12Q2数据以及MOD17A3 GPP数据,利用回归分析以及相关分析的方法对中国温带地区(>30°N)植被物候期时空变化特征进行分析,并研究物候变化对GPP的影响。结果表明:我国温带地区整体植被生长季开始日期(Start of the Season,SOS)、结束日期(End of the Season,EOS)和生长季长度(Length of the Season,LOS)的14 a平均值和标准差分别为第121±10 d、第270±12 d和153±12 d;SOS提前趋势(r=-0.36,p=0.21)、EOS滞后趋势(r=0.41,p=0.15)与LOS增长趋势(r=0.51,p=0.06)均不明显;但是年均LOS与GPP相关性显著(r=0.74,p=0.002 5),且呈正相关关系。2001～2014年LOS与GPP年均值的空间分布均呈现出由西北向东南增加的趋势;研究区SOS、EOS与LOS的年际变化呈现显著变化(p地区分别占研究区的13%、21%、13.2%。SOS、EOS、LOS与GPP显著相关(p地区分别占研究区的8.31%、9.33%、8.72%,三者与GPP的相关关系均以中度相关为主(p地区很少。研究区植被物候期变化显著影响(p地区仅有4.29%。

关键词：物候期总初级生产力(GPP) MODIS 时空变化中国温带地区

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基于MODIS数据的中国温带地区植被物候期时空变化及对GPP的影响

基于MODIS数据的中国温带地区植被物候期时空变化及对GPP的影响

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作者：王莹莹河北师范大学

学位级别：硕士

植被物候指植物在生长过程中随季节变化而发生的萌芽、展叶、开花、结果、落叶等现象。植被作为陆地生态系统中的一部分,在全球物质循环和能量交换中起着重要作用,其物候期不仅能够反映季节的变化,还能够反映出陆地生态系统对环境条件... 详细信息

植被物候指植物在生长过程中随季节变化而发生的萌芽、展叶、开花、结果、落叶等现象。植被作为陆地生态系统中的一部分,在全球物质循环和能量交换中起着重要作用,其物候期不仅能够反映季节的变化,还能够反映出陆地生态系统对环境条件变化的响应,因此,植被物候期的研究对深入研究全球气候变化和陆地生态系统具有重要意义。本文利用2001-2014年的MCD12Q2数据集和MOD17A3 GPP(Gross Primary Productivity)数据作为数据源,研究中国部分位于温带的地区(纬度>30?N)的植被物候期:植被生长季开始日期SOS(Start of the Season)、结束日期EOS(End of the Season)和生长季长度LOS(Length of the Season)的时空变化特征,并通过回归分析以及相关分析的方法研究植被物候期变化对GPP的影响,丰富了中国地区植被物候期的信息,也为由不同数据源得到的植被物候期对比分析提供了依据。同时,本文利用2003-2008年的MOD13A2 NDVI计算研究区的SOS与EOS,将结果与地面观测的植被物候期进行对比,并利用气温日数据对计算结果进行校正,使其更接近地面观测的数据。主要结论为:(1)从时间变化上分析,研究区整体SOS、EOS与LOS的14年平均值和标准差分别为第121±10天、第270±12天和153±12天;14年间,研究区整体SOS呈提前趋势(r=-0.36,p=0.21)、EOS呈滞后趋势(r=0.41,p=0.15),LOS呈增长趋势(r=0.51,p=0.06)并不明显;但是年均LOS与GPP相关性显著(r=0.74,p=0.0025),年均LOS的增长会导致年均GPP的增加。(2)从空间分布上分析,95.2%的地区SOS出现在第71-153天,98.3%的地区EOS出现在253-301天,LOS的时间范围为18-220天。LOS与GPP的年均值均呈现出由西北向东南的增加趋势,且年均生长季较长的地区,年均GPP的值也较大。(3)物候期的年际变化率显示,在2001-2014年间,研究区植被物候期年际变化显著的地区SOS和EOS均主要呈现提前趋势,LOS主要呈现缩短趋势。研究区SOS、EOS与LOS的年际变化呈现显著变化(p地区分别占研究区的13%、21%、13.2%。(4)植被物候期与GPP显著相关(p地区在研究区仅占很少的比例。SOS、EOS、LOS与GPP显著相关的地区分别占研究区的8.31%、9.33%、8.72%,三者与GPP的相关关系均以中度相关为主(P地区很少,且EOS、LOS与GPP相关性的空间分布具有相似性。植被物候期的变化对GPP会造成一定影响,但是处于不同地理位置的植被LOS的增加对GPP的影响方向和程度不同,SOS、EOS也是同样;研究区物候期变化显著影响(p地区在研究区仅占4.29%。(5)单一气温条件对植被生长起止日期的校正优于多气温条件,利用气温可以对植被生长起止日期进行校正。文中通过建立回归模型,利用日气温最大值对卫星观测到的SOS与EOS进行校正,经过模型校正后的植被生长起止日期相对校正之前更加均匀的分布在y=x的两侧。且相比校正之前,SOS的MRE由38.85%降低到了13.09%,RMSE由55.24降低到了12.44d;EOS的MRE由16.43%降低到了6.29%,RMSE由51.5降低到了22.64d。

关键词： SOS EOS LOS GPP MODIS 植被物候期中国温带地区

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