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自然资源遥感  2023, Vol. 35 Issue (4): 273-281    DOI: 10.6046/zrzyyg.2022340
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基于BEPS-Terrainlab V2.0模型的鄂西犟河流域NPP模拟及环境响应分析
陈佩佩(), 张利华(), 崔越, 陈俊宏
中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院,武汉 430074
Net primary productivity simulation and environmental response analysis of the Jianghe River basin in western Hubei Province based on the BEPS-TerrainLabV2.0 model
CHEN Peipei(), ZHANG Lihua(), CUI Yue, CHEN Junhong
School of Geographic and Information Engineering, China University of Geosciences(Wuhan), Wuhan 430074, China
全文: PDF(4833 KB)   HTML  
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摘要 

区域植被净初级生产力(net primary productivity, NPP)的模拟估算及其时空变化规律对区域植被质量以及碳收支平衡分析具有重大意义。该文以鄂西犟河流域为研究区域,在对土地覆盖、地形、土壤、气象、植被指数等输入数据预处理基础上,基于BEPS-Terrainlab V2.0模型对流域1986—2017年的NPP进行模拟估算,评价了其模拟精度,并探讨了流域NPP时空变化规律及其环境变化响应。结果表明: 流域NPP在年内尺度上呈单峰状分布(夏季高、冬季低); 年际上呈波动上升趋势。流域NPP在空间上呈南低北高分布特征。不同土地覆盖类型的NPP值表现为阔叶>混交>针叶>农田>城市; NPP随高程的增加呈上升趋势,不同土壤质地的NPP值表现为砂土>砂质壤土>壤质砂土>粉砂壤土。在日尺度上对NPP影响最大的是辐射和温度,通过0.01显著性检验; 年尺度上LAI(leaf area index, LAI)对NPP影响最大,通过0.01显著性检验。

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陈佩佩
张利华
崔越
陈俊宏
关键词 BEPS-TerrainlabV2.0模型净初级生产力时空变化环境影响    
Abstract

The simulation-based estimation and spatio-temporal variations of the net primary productivity (NPP) of regional vegetation hold critical significance for analyzing regional vegetation quality and carbon balance. This study investigated the Jianghe River basin in western Hubei Province. First, it pre-processed the input data, including land cover, topography, soil, meteorology, and vegetation indices. Based on this, it estimated the NPP of vegetation in the Jianghe River basin from 1986 to 2017 using the BEPS-TerrainlabV2.0 model, with the model's simulation accuracy evaluated. Moreover, this study explored the spatio-temporal variations of the NPP and its response to environmental changes. The results are as follows: ① The NPP of vegetation in the Jianghe River basin exhibited a unimodal distribution, with higher values in summer and lower values in winter, on an intra-annual scale, and a fluctuating rising trend on an inter-annual scale; ② The spatial distribution of the NPP manifested higher values in the north and lower values in the south; ③ The NPP values of different land cover types followed the sequence below: broad-leaved forests > mixed forests > coniferous forests > farmland > urban areas. The NPP rose with an increase in elevation. The NPP values of different soil textures rank below: sandy soil > sandy loam > loamy sand > silty loam; ④ Radiation and temperature manifested the strongest impact on NPP on a daily basis, and the leaf area index (LAI) exhibited the most significant influence on NPP on an annual basis, both passing the 0.01 significance test.

Key wordsBEPS-TerrainlabV2.0 model    net primary productivity    spatio-temporal variation    environmental impact
收稿日期: 2022-08-16      出版日期: 2023-12-21
ZTFLH:  Q948  
基金资助:国家自然科学基金“长江中游泥炭地微型生物及其生物硅对人类活动的响应”(42271167);流域关键带演化湖北省重点实验室开放课题“三峡库区碳-水循环模拟及其环境响应分析”(CZE2022F03)
通讯作者: 张利华(1974-),女,博士,副教授,主要研究方向为流域环境演变分析和环境遥感。Email: zhanglihua7483@163.com
作者简介: 陈佩佩(2001-),女,硕士,主要研究方向为流域环境演变。Email: 1427661056@qq.com
引用本文:   
陈佩佩, 张利华, 崔越, 陈俊宏. 基于BEPS-Terrainlab V2.0模型的鄂西犟河流域NPP模拟及环境响应分析[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(4): 273-281.
CHEN Peipei, ZHANG Lihua, CUI Yue, CHEN Junhong. Net primary productivity simulation and environmental response analysis of the Jianghe River basin in western Hubei Province based on the BEPS-TerrainLabV2.0 model. Remote Sensing for Natural Resources, 2023, 35(4): 273-281.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2022340      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2023/V35/I4/273
Fig.1  犟河流域地理位置
Fig.2  犟河流域模拟NPP与大九湖实测NPP数据对比图
Fig.3  MOD17A3数据空间分布
覆盖类型 BEPS-
Terrainlab V2.0
刘世荣
[16]
朱文泉
[17]
刘明亮
[18]
阔叶林 1 336 250~1 300 114~1 669 945
针叶林 1 307 150~680 179~824 580
农田 993 752
混交 1 326 250~1 000 257~717 870
Tab.1  BEPS-Terrainlab V2.0模型模拟土地覆盖类型NPP数据与其他模拟或实测值对比
Fig.4  犟河流域NPP年内多年平均变化
Fig.5  犟河流域NPP多年年总变化
Fig.6  NPP突变分析结果
Fig.7  犟河流域多年年总NPP空间分析
Fig.8  不同环境因子的NPP分布情况
日尺度
NPP
回归系数
(Beta)
标准化回
归系数
显著性
(P值)
偏相关
系数
温度 0.135 0.496 <0.001 0.637
降水 -0.004 -0.011 0.035 -0.020
辐射 <0.001 0.522 <0.001 0.647
风速 -0.009 -0.003 0.589 -0.005
常量 -0.269 <0.001
Tab.2  日尺度NPP线性回归方程参数
年尺度
GPP
回归系
数(Beta)
标准化回
归系数
显著性
(P值)
偏相关
系数
温度 26.587 0.094 0.515 0.134
降水 36.627 0.131 0.130 0.305
辐射 0.014 0.094 0.382 0.179
风速 14.530 0.041 0.720 0.074
LAI 224.511 0.814 <0.001 0.874
常量 -136.813 0.728
Tab.3  年尺度NPP线性回归方程参数
[1] Field C B, Behrenfeld M J, Randerson J T, et al. Primary production of the biosphere:Integrating terrestrial and oceanic components[J]. Science, 1998, 281(5374):237-240.
doi: 10.1126/science.281.5374.237 pmid: 9657713
[2] 方精云, 柯金虎, 唐志尧, 等. 生物生产力的“4P”概念、估算及其相互关系[J]. 植物生态学报, 2001, 25(4):414-419.
Fang J Y, Ke J H, Tang Z Y, et al. Implications and estimations of four terrestrial productivity parameters[J]. Acta Phytoecologica Sinica, 2001, 25(4):414-419.
[3] Steffen W, Noble I, M Apps, et al. The terrestrial carbon cycle:Implications for the Kyoto Protocol[J]. Science, 1998, 280(5368):1393-1394.
doi: 10.1126/science.280.5368.1393
[4] Govind A, Chen J M, Margolis H, et al. A spatially explicit hydro-ecological modeling framework (BEPS-TerrainLab V2.0):Model description and test in a boreal ecosystem in Eastern North America[J]. Journal of Hydrology, 2009, 367(3/4):200-216.
doi: 10.1016/j.jhydrol.2009.01.006
[5] 赵少华, 邱国玉, 杨永辉, 等. 遥感水文耦合模型的研究进展[J]. 生态环境, 2006, 15(6):1391-1396.
Zhao S H, Qiu G Y, Yang Y H, et al. Advances in the coupled model of remote sensing and hydrology[J]. Ecology and Environment, 2006, 15(6):1391-1396.
[6] Azhdari Z, Rafeie Sardooi E, Bazrafshan O, et al. Impact of climate change on net primary production (NPP) in south Iran[J]. Environ Monit Assess, 2020, 192(6):409.
doi: 10.1007/s10661-020-08389-w pmid: 32488356
[7] Liu J, Chen J M, Cihlar J, et al. Net primary productivity distribution in the BOREAS region from a process model using satellite and surface data[J]. Journal of Geophysical Research:Atmospheres, 1999, 104(D22):27735-27754.
doi: 10.1029/1999JD900768
[8] Chen J M., Chen X Y, Ju W M, et al. Distributed hydrological model for mapping evapotranspiration using remote sensing inputs[J]. Journal of Hydrology, 2005, 305(1/2/3/4):15-39.
doi: 10.1016/j.jhydrol.2004.08.029
[9] Sonnentag O, Chen J M, Roulet N T, et al. Spatially explicit simulation of peatland hydrology and carbon dioxide exchange:Influence of mesoscale topography[J]. Journal of Geophysical Research:Biogeosciences, 2008, 113(G2):477-481.
[10] 陈镜明, 居为民, 刘荣高, 等. 全球陆地碳汇的遥感和优化计算方法[M]. 北京: 科学出版社, 2015.
Chen J M, Ju W M, Liu R G, et al. Remote sensing and optimization calculation method of global terrestrial carbon sink[M]. Beijing: Science Press, 2015.
[11] 张方敏, 居为民, 陈镜明, 等. 基于BEPS生态模型对亚洲东部地区蒸散量的模拟[J]. 自然资源学报, 2010, 25(9):1596-606.
doi: 10.11849/zrzyxb.2010.09.019
Zhang F M, Ju W M, Chen J M, et al. Studyon evapotranspiration in east Asia using the BEPS ecological model[J]. Journal of Natural Resources, 2010, 25(9):1596-606.
[12] 王修信, 孙涛, 朱启疆, 等. 利用BEPS模型估算城区植被净初级生产力的时空变化[J]. 干旱区资源与环境, 2014, 28(11):1-5.
Wang X X, Sun T, Zhu Q J, et al. Spatio-temporal variation of net primary productivity estimated with BEPS model in the urban area[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2014, 28(11):1-5.
[13] 田永生, 郭阳耀, 张培栋, 等. 区域净初级生产力动态及其与气象因子的关系[J]. 草业科学, 2010, 27(2):8-17.
Tian Y S, Guo Y Y, Zhang P D, et al. Relationship of regional net primary productivity and related meteorological factors[J]. Pratacultural Science, 2010, 27(2):8-17.
[14] 刘琦, 孙冰心. M-K和滑动T确定穆棱河流域径流变化突变时间[J]. 黑龙江水利, 2015, 1(7):35-37.
Liu Q, Sun B X. Ensure the abrupt runoff change time in Muling river by M-K and sliding T method[J]. Heilongjiang Water Resources, 2015, 1(7):35-37.
[15] Wu Z F, Zhang L H, Liu D D, et al. Simulation of Evapotranspiration Based on BEPS-TerrainLab V2.0 from 1990 to 2018 in the Dajiuhu Basin[J]. Chinese Geographical Science, 2020, 30(6):1095-1110.
doi: 10.1007/s11769-020-1160-x
[16] 刘世荣, 王兵, 郭泉水. 大气CO2浓度增加对生物组织结构与功能的可能影响Ⅱ植物种群、群落、生态系统结构和生产力对大气CO2浓度增加的响应[J]. 地理学报, 1996(s1):141-150.
doi: 10.11821/xb1996S1015
Liu S R, Wang B, Guo Q S. Likely Impacts of Rising Atmospheric CO2 Concentration on Plants and Ecosystems Ⅱ.Responses of Plant Population,Community and Forest Ecosystem to Atmospheric CO2 Enrichment[J]. Acta Geographical Sinica, 1996(s1):141-150.
[17] 朱文泉, 潘耀忠, 张锦水. 中国陆地植被净初级生产力遥感估算[J]. 植物生态学报, 2007, 31(3):413-424.
doi: 10.17521/cjpe.2007.0050
Zhu W Q, Pan Y Z, Zhang J S. Estimation of net primary productivity of Chinese terrestrial vegetation based on remote sensing[J]. Journal of Plant Ecology, 2007, 31(3):413-424.
[18] 刘明亮. 中国土地利用/土地覆盖变化与陆地生态系统植被碳库和生产力研究[D]. 北京: 中国科学院遥感应用技术研究所, 2001.
Liu M L. Landuse/landcover change and terrestrial ecosystem phytomass carbon pool and production in China[D]. Beijing: Institute of Remote Sensing Applications, Chinese Academy of Sciences, 2001.
[19] 薛梅, 陈芸芝, 闫敏, 等. 中国东北地区植被NPP模拟与时空变化分析[J]. 福州大学学报(自然科学版), 2018, 46(6):821-830.
Xue M, Chen Y Z, Yan M, et al. Simulation and spatio-temporal variation analysis of net primary productivity in Northeast China[J]. Journal of Fuzhou University( Natural Science Edition), 2018, 46(6):821-830.
[1] 王叶兰, 杨鑫, 郝利娜. 2001—2021年川西高原植被NDVI时空变化及影响因素分析[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(3): 212-220.
[2] 方贺, 张育慧, 何月, 李正泉, 樊高峰, 徐栋, 张春阳, 贺忠华. 浙江省植被生态质量时空变化及其驱动因素分析[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(2): 245-254.
[3] 虎小强, 杨树文, 闫恒, 薛庆, 张乃心. 基于时序InSAR的新疆阿希矿区地表形变监测与分析[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(1): 171-179.
[4] 张祯祺, 蔡惠文, 张平平, 王泽琳, 李婷婷. 基于GEE遥感云平台的三江源植被碳源/汇时空变化研究[J]. 自然资源遥感, 2023, 35(1): 231-242.
[5] 毛克彪, 严毅博, 曹萌萌, 袁紫晋, 覃志豪. 北美洲地表温度数据重建及时空变化分析[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(4): 203-215.
[6] 王雅婷, 朱长明, 张涛, 张新, 石智宇. 2002—2020年秦岭—黄淮平原交界带植被物候特征遥感监测分析[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(4): 225-234.
[7] 马山木, 甘甫平, 吴怀春, 闫柏琨. ICESat-2数据监测青藏高原湖泊2018—2021年水位变化[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(3): 164-172.
[8] 左璐, 孙雷刚, 鲁军景, 徐全洪, 刘剑锋, 马晓倩. 基于MODIS的京津冀地区生态质量综合评价及其时空变化监测[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(2): 203-214.
[9] 伯英杰, 曾业隆, 李国庆, 曹兴文, 姚清秀. 浮岛光伏电场对地表温度空间分布特征的影响[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1): 158-168.
[10] 胡盈盈, 戴声佩, 罗红霞, 李海亮, 李茂芬, 郑倩, 禹萱, 李宁. 2001—2015年海南岛橡胶林物候时空变化特征分析[J]. 自然资源遥感, 2022, 34(1): 210-217.
[11] 范田亿, 张翔, 黄兵, 钱湛, 姜恒. 湘江流域TRMM卫星降水产品降尺度研究与应用[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(4): 209-218.
[12] 晋成名, 杨兴旺, 景海涛. 基于RS的陕北地区植被覆盖度变化及驱动力研究[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(4): 258-264.
[13] 杨蕴雪, 张艳芳. 基于空间距离指数的延河流域生态敏感性时空演变特征[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(3): 229-237.
[14] 陈虹, 郭兆成, 贺鹏. 1988—2018年间洱海流域植被覆盖度时空变换特征探究[J]. 国土资源遥感, 2021, 33(2): 116-123.
[15] 叶婉桐, 陈一鸿, 陆胤昊, 吴鹏海. 基于GEE的2000—2019年间升金湖湿地不同季节地表温度时空变化及地表类型响应[J]. 国土资源遥感, 2021, 33(2): 228-236.
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