改进FPAR的煤矿区植被NPP损失研究_黄翌.pdf

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1、第29卷第2期干旱区资源与环境Vol．29No．22015年2月JournalofAridLandＲesourcesandEnvironmentFeb．2015文章编号:1003－7578(2015)02－049－06doi:10．13448/j．cnki．jalre．2015．045*改进FPAＲ的煤矿区植被NPP损失研究1，2232黄翌，汪云甲，田丰，谭兴龙(1．南通大学地理科学学院，南通226000;2．矿山生态修复教育部工程研究中心，中国矿业大学，徐州221116;3．哥本哈根大学地球科学与自然资源管理学院，哥本哈根，丹麦，DK－13

2、50)提要:基于遥感的CASA模型是测算植被NPP的主要方法之一，当前CASA模型中普遍以月内某一时刻或几个时刻的植被NDVI值计算光合有效辐射吸收比例(FPAＲ)，这一方法忽略了月内FPAＲ的整体性和连续性，在计算中会产生较大误差。文中以煤矿区为例，首先通过时空自适应反射率融合模型构建高时空分辨率的矿区遥感影像，改进CASA模型中FPAＲ的计算方法，以FPAＲ连续函数均值代表月FPAＲ，并评价改进效果。通过FPAＲ损失量测算各植被NPP变化量，为煤矿区生态环境变化做出科学的判断。关键词:煤矿区;NDVI;开采损害;NPP;CASA;FPAＲ

3、中图分类号:P237;X281;P9文献标识码:A［1］煤矿区的开采扰动导致地表沉陷、生态廊道受损甚至断裂，景观格局遭到破坏，对植被的群落结构和特征有一定的干扰性，进而影响了生态系统的功能和矿区生态质量。植被净初级生产力(NetPrimaryProductivity，NPP)是生态系统中植被长势和环境因子相互作用和影响的重要监测指标，也是生物量的直接［2］表达和矿区生态系统能量的来源，其定义为:绿色植物在单位时间和单位面积上累积的有机干物质，是由光合作用所产生的有机物质总量中扣除自养呼吸后剩余部分，包括植物的枝、叶和根等生产量及植物枯落部分的

4、生产量。NPP与矿区的自然环境和人类活动的影响有着密不可分的联系，是衡量矿区生态结构［3］［4］［5］的重要参数。目前，NPP测算方法主要有统计模型、过程模型、遥感参数驱动模型等。其中，遥感参数驱动模型以采用遥感手段获取面域数据来测算NPP，既不过于简化生物学过程，又避免过于繁琐地考［6、7］虑了更多的生物物理过程，被普遍用于区域或全球尺度生态系统监测和评价中。［8］［9］常用的NPP遥感测算模型主要有CASA(CarnegieAmesStanfordApproach)模型、BEPS模型等。［10］其中，CASA模型由Potter等人在199

5、3年首次提出，基于遥感数据、温度、降水、太阳天文辐射、日照时数和百分率，以及植被类型、土壤类型共同驱动，利用植物光合有效辐射(APAＲ)和植物光能利用率(ε(x，t))来计算植被NPP，其函数关系如下:NPP(x，t)=APAＲ(x，t)·ε(x，t)(1)－2－1式中:NPP(x，t)为位于空间位置x处的象元在时间t月份的植被净初级生产力(单位:gCmmonth)。－2－1APAＲ(x，t)为象元x在t月份植被吸收的光合有效辐射(单位:MJmmonth)，ε(x，t)为象元x在t月份的实－1际光能利用率(单位:gCMJ)。植被吸收的光合有效

6、辐射由太阳辐射和植被的光合有效辐射吸收比例共同决定，公式如下:APAＲ(x，t)=PAＲ(x，t)·FPAＲ(x，t)=0．5·ＲS(x，t)·FPAＲ(x，t)(2)－2－1式中:PAＲ(x，t)为象元x在t月份的光合有效辐射(单位:MJmmonth);ＲS(x，t)为到达地表的太阳总－2－1辐射数据(单位:MJmmonth);常数0．5为植被所能利用太阳有效辐射所占太阳辐射数据的比例;FPAＲ(x，t)为象元x在t月份的光合有效辐射吸收比例。*收稿日期:2013－7－10;修回日期:2013－7－31。基金项目:国家自然科学基金项目(51

7、174287，41101428);江苏省普通高校研究生科研创新计划项目(CXZZ12_0942);山西省科技重大专项(20121101008);江苏省科技支撑计划(BE2012637);江苏师范大学自然科学研究基金项目(13XLA07)资助。作者简介:黄翌(1985－)，男，博士，讲师，Email:315797091@qq．com通讯作者:汪云甲(1960－)，男，教授、博士研究生导师，研究方向:资源环境信息与空间决策。Email:wyj4139@cumt．edu．cn·50·干旱区资源与环境第29卷在CASA模型中，光合有效辐射吸收比例(F

8、PAＲ)代表了植被吸收光合有效辐射的比例，是准确测度NPP的关键，在小尺度区域研究中，自然地理因素基本相同，相同植被和土壤类型下NPP的变化取决于FPAＲ的变化。F