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MODIS NDVI饱和性对高寒草甸草地生物量遥感估测的影响——以青藏高原东缘为例

生态学报 2024年第14期44卷 6357-6372页

作者：胡仁杰陈璇黎陈金张世荣匡依利于红妍吉汉忠赵晓军宜树华孟宝平李猛南通大学脆弱生态环境研究所南通226007 南通大学地理科学学院南通226007 祁连山国家公园青海片区保障服务中心西宁810000 青海省海北州草原站海北812200

自20世纪70年代开始,归一化植被指数(NDVI)在天然草地地上生物量估测研究中得到了广泛应用。然而,NDVI对高密度植被生物量遥感估测存在饱和现象,使草地生物量遥感估测有较大的不确定性。以青藏高原东缘高寒草甸为例,基于比值植被指数(R... 详细信息

自20世纪70年代开始,归一化植被指数(NDVI)在天然草地地上生物量估测研究中得到了广泛应用。然而,NDVI对高密度植被生物量遥感估测存在饱和现象,使草地生物量遥感估测有较大的不确定性。以青藏高原东缘高寒草甸为例,基于比值植被指数(RVI)探讨了NDVI的饱和性,并评估了NDVI饱和性对高寒草甸地上生物量时空动态变化分析的影响。结果表明:(1)虽然基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)NDVI构建的草地地上生物量估测模型精度较基于RVI构建的估测模型高,但模型对高寒草地地上生物量(生物量大于2314.627 kg/hm^(2))灵敏度较RVI估测模型低,即NDVI阈值大于0.73时,估测模型呈现饱和现象(低估了草地地上生物量);(2)结合RVI和NDVI的相关关系,对饱和部分NDVI遥感植被指数进行校正,校正后最优地上生物量遥感估测模型为线性模型(y=5908.5x-2198.9,R=0.6190,RMSE=902.41 kg/hm^(2)),较调整前RMSE降低了11.72 kg/hm^(2);(3)就NDVI饱和性空间分布而言,从全年6月—9月初(全年第161—257天)饱和性呈现先自东南向西北延伸,后自西北向东南消退的变化趋势,平均低估值介于158.45—293.92 kg/hm^(2)之间,最大低估值出现在8月初(全年第225天),超过600 kg/hm^(2);(4)此外,NDVI饱和性对草地地上生物量年际动态变化趋势分析具有较大的影响,去除饱和性影响后草地地上生物量基本不变的区域减小了21.44%,而年际变化小于-10 kg/hm^(2)和大于30 kg/hm^(2)的区域分别增加了8.48%和16.19%。研究探讨了NDVI饱和性对草地地上生物量遥感估测的影响,以期为精确评估高寒草地地上生物量提供理论依据,同时也为高寒草地资源可持续发展提供科学依据。

关键词：高寒草甸地上生物量 NDVI饱和性阈值遥感估测青藏高原东缘

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MODIS NDVI对高寒草甸草地生物量遥感估测饱和性评估研究——以青藏高原东缘为例

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生态学报 2024年

作者：胡仁杰陈璇黎陈金张世荣匡依利于红妍吉汉忠赵晓军宜树华孟宝平李猛祁连山国家公园青海片区保障服务中心南通大学脆弱生态环境研究所南通大学地理科学学院青海省海北州草原站

自20世纪70年代开始，归一化植被指数NDVI在天然草地地上生物量估测研究中得到了广泛应用。然而，NDVI对高密度植被生物量遥感估测存在饱和现象，使草地生物量遥感估测有较大的不确定性。以青藏高原东缘高寒草甸为例，基于比值植被指数... 详细信息

自20世纪70年代开始，归一化植被指数NDVI在天然草地地上生物量估测研究中得到了广泛应用。然而，NDVI对高密度植被生物量遥感估测存在饱和现象，使草地生物量遥感估测有较大的不确定性。以青藏高原东缘高寒草甸为例，基于比值植被指数RVI探讨了NDVI的饱和性，并评估了NDVI饱和性对高寒草甸地上生物量时空动态变化分析的影响。结果表明：1)虽然基于MODIS NDVI构建的草地地上生物量估测模型精度较基于RVI构建的估测模型高，但模型对高寒草地地上生物量(生物量大于2314.627 kg/hm2)灵敏度较RVI估测模型低，即NDVI阈值大于0.73时，估测模型呈现饱和现象(低估了草地地上生物量)；2)结合RVI遥感植被指数，对饱和部分NDVI遥感植被指数进行校正，校正后最优地上生物量遥感估测模型为线性模型(y=5908.5x-2198.9,R=0.6190,RMSE=902.41 kg/hm2)，较调整前RMSE降低了11.72 kg/hm2;3)就NDVI饱和性空间分布而言，从全年6月—9月初(全年第161—257天)饱和性呈现先自东南向西北延伸，后自西北向东南消退的变化趋势，平均低估值介于158.45 kg/hm2—293.92 kg/hm2之间，最大低估值出现在8月初(全年第225天)，超过600 kg/hm2;4)此外，NDVI饱和性对草地地上生物量年际动态变化趋势分析具有较大的影响，祛除饱和性影响后草地地上生物量基本不变的区域减小了21.44%，而年际变化小于-10 kg/hm2和大于30 kg/hm2的区域分别增加了8.48%和16.19%，探讨了NDVI饱和性对草地地上生物量遥感估测影响，以期为精确评估高寒草地地上生物量提供理论依据，同时也为高寒草地资源可持续发展提供科学依据。

关键词：高寒草甸地上生物量 NDVI饱和性阈值遥感估测青藏高原东缘

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高寒草甸根系吸水模型的构建及在青藏高原上的应用

高寒草甸根系吸水模型的构建及在青藏高原上的应用

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作者：邓彬三峡大学

学位级别：硕士

高寒草甸是青藏高原所特有的植被类型,对于维持高寒地区的生态环境稳定以及生态系统的服务功能有着至关重要的作用。在气候变化与人类活动的影响下,青藏高原高寒草甸呈现一定程度的退化,植物生长的关键在于对水分的利用,准确的把握植物... 详细信息

高寒草甸是青藏高原所特有的植被类型,对于维持高寒地区的生态环境稳定以及生态系统的服务功能有着至关重要的作用。在气候变化与人类活动的影响下,青藏高原高寒草甸呈现一定程度的退化,植物生长的关键在于对水分的利用,准确的把握植物的吸水能力,将有助于合理的保护与恢复高寒草甸生态系统。同时,气候变化也造成了生态系统的水循环过程发生改变,量化剖面根系用水能力,对理解气候变暖条件下青藏高原生态系统的水收支平衡和健全水管理政策至关重要。本文以那曲流域为基础,建立了野外监测站点。在各站点内开展了土壤样品的采集、高寒草甸地上生物量测量、根系生长动态监测、土壤温湿度与水势连续观测、土壤导水过程与饱和导水率测定这五项主要实验内容,收集并整理了大量的气象、土壤理化性质、根系分布特征、地上生物量、土壤饱和导水率数据,以此构建适合高寒草甸的根系吸水模型,并分析植物与土壤对根系吸水能力的影响机理。主要成果如下:(1)评价了高寒草甸最优根系吸水模型。以RMSE和水分变化量判断模型的性能,结果发现,Selim-Iskandar模型的模型性能强于改进的Feddes模型与Molz-Remson模型,它的模拟性能相对于另外两种模型分布提升了40.55%与6.83%。因此,Selim-Iskandar模型在充分考虑土壤与根系因素的同时,模拟结果也更符合土壤水分变化的实际情况。(2)确定了关键吸水根系指标。根尖密度函数更能准确的反映根系的吸水规律,相较于根长密度,以根系密度作为有效吸水根系指标建立的根系吸水模型,模拟的性能平均提高了24.64%,因此,该模型在考虑植物吸水的实际生理情况的同时,更符合土壤水变化趋势的实际情况。据此,得到那曲流域高寒草甸根系吸水规律,相较于枯黄期,返青期根系吸水速率平均提高了30.24%,同时,根系层前67%土壤深度的根系根尖平均承担了总根系吸水量的86.76%。(3)模拟出了青藏高原高寒草甸地上生物量与根系吸水速率分布特征。返青期与枯黄期大部分地区表现出地上生物量低于100 g.m,年增长速率均集中在±5 g.m.a,返青期到枯黄期的变化量主要集中在±40 g.m,占总变化范围的99.10%。两个关键物候期青藏高原高寒草甸根系吸水速率分布特征表现出返青期大于枯黄期的区域平均占据了青藏高原78.06%的地区,同时,相较于枯黄期而言,返青期不同深度根系吸水速率平均提高了35.38%。基于那曲流域高寒草甸的根系指标(根长密度与根尖密度)、地上生物量数据、土壤导水数据、土壤湿度数据、土壤理化性质数据,结合已有的研究成果,由高寒草甸根系特征与土壤性质两个影响植物根系水分吸收的关键角度出发,综合考虑了植物自身与外界环境因素,系统的探究了最适用于高寒草甸根系吸水模拟的模型参数指标与那曲流域高寒草甸根系吸水特征。

关键词：高寒草甸根系分布高寒草甸地上生物量根系吸水模型土壤理化性质根系吸水规律

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