植被NPP估算的模型方法與機理

植被NPP估算的模型方法與機理Abstract：ThevegetationNPPstudyisoneoftheimportantresearchtopicsaboutglobalcarboncycleandstorage.BasedonreviewingthetypesofvegetationNPPmodels，thispaperamplifiedthemethodsandmechanismsofclimateproductivitymodels，biogeochemicalmodels，lightenergyuseefficiencymodelsandecologicalremotesensingmodels，andtheimportanceofremotesensingestimationmodelswasemphasized.TheaboveresultsshowedthatthemodelestimationofNPPingrasslandecosystemwasoneimportantandwidelyacceptedresearchmethod，andwastheimportantdevelopingdirectionofgrasslandNPPestimationinthefuture.Keywords：Vegetation；NPP(netprimaryproductivity)；Estimation；Model；Remotesensingmonitoring研究植被生產(chǎn)力對全球變化的響應(yīng)是理解陸地生態(tài)系統(tǒng)與氣候變化相互作用的重要基礎(chǔ)。植被作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程中起著重要作用。研究植被碳循環(huán)機制，估算植被碳貯量對系統(tǒng)分析植被在全球氣候變化中的貢獻和生態(tài)價值，以及全球碳收支平衡具有重要意義。由于人們無法在地區(qū)和全球尺度上直接和全面地測量生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力，因此，利用計算機模型估算陸地植被的生產(chǎn)力已成為一種重要而廣泛接受的研究方法。目前國內(nèi)外關(guān)于研究植被凈第一性生產(chǎn)力(NPP)的模型很多，國內(nèi)外生態(tài)學(xué)家對模型有著不同的分類，但其具體的方法與機理以及在草地生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)用方面仍需探討［2-3］。本文將可用于植被NPP估算的模型進行了較為全面的分析，綜述如下。1植被NPP估算模型的類型1.1氣候生產(chǎn)力模型氣候生產(chǎn)力模型包括統(tǒng)計模型和半經(jīng)驗半理論模型兩大類。氣候生產(chǎn)力統(tǒng)計模型是利用年均溫和年降水量等氣候因子與實際測量的NPP之間的統(tǒng)計關(guān)系建立回歸模型。該方法的優(yōu)點是模型簡單，應(yīng)用方便，缺點是不同的研究區(qū)域誤差可能較大。半經(jīng)驗半理論模型是統(tǒng)計模型的進一步發(fā)展，主要引進了植被凈輻射和輻射干燥度等因子，增強了模型的機理性。但是，該模型是在土壤水分供給充分，植物生長茂盛條件下的蒸發(fā)量來計算植物NPP的，對于世界大多數(shù)地區(qū)該條件并不滿足，因而在干旱、半干旱的草原地區(qū)應(yīng)用時估算值偏高［2-4］。氣候生產(chǎn)力模型目前主要有Miami模型、ThornthwaiteMemorial模型、Chikugo模型、朱志輝模型和周廣勝模型。1.2生物地球化學(xué)模型該類模型又稱機理模型或生理生態(tài)過程模型。是通過對植物的光合作用、有機物分解及營養(yǎng)元素的循環(huán)等生理過程的模擬而得到的，可以與大氣環(huán)流模式耦合，因此可以用這類模型進行NPP與全球氣候變化之間的響應(yīng)和反饋研究。因為其較強的機理性和系統(tǒng)性，所以該類模型的可靠性比較高，在不同條件下都可以詳細地描述生物學(xué)過程。該類模型主要包括BEPS模型、*****模型、BIOME-BGC模型等。1.3光能利用率模型光能利用率模型估算植物的NPP是近年來研究NPP的主要方法，這類模型是以植物光合作用過程和Monteith提出的光能利用率（￡）為基礎(chǔ)建立的，它基于資源平衡觀點［2-4］。Monteith通過對多種農(nóng)作物生物量的實驗發(fā)現(xiàn)植物NPP和可吸收的光合有效輻射（APAR）有線性正相關(guān)關(guān)系，因此他認為植被累積的生物量實際就是太陽入射輻射被植冠截獲、吸收和轉(zhuǎn)化的結(jié)果。近年來大量研究發(fā)現(xiàn)總初級生產(chǎn)力（GPP）與APAR的線性關(guān)系更穩(wěn)定，因為GPP的光能利用率s受氣候條件和環(huán)境因子的影響小，不同植被間的差異也很小。1.4生態(tài)遙感模型生態(tài)遙感是全球變化研究的主要內(nèi)容之一。遙感參數(shù)模型的重要作用是實現(xiàn)植被參數(shù)的尺度轉(zhuǎn)換，利用樣地尺度的生態(tài)系統(tǒng)參數(shù)與遙感獲得的較大尺度生態(tài)系統(tǒng)參數(shù)間的關(guān)系，獲得對較大尺度生態(tài)系統(tǒng)格局和過程的深入認識，進而可以用樣地尺度的生態(tài)系統(tǒng)參數(shù)推算大尺度生態(tài)系統(tǒng)參數(shù)。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，以衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)作為信息源的植被NPP研究已顯示出其優(yōu)越性。其中比值植被指數(shù)RVI和歸一化差值植被指數(shù)NDVI可確定植被對光合有效輻射的吸收比例（FPAR）,光能利