[發明專利]一種適用于高寒草地生態系統的NPP計算方法

有效

• 申請號: 202010971976.9
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112257225B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 劉偉;袁燁城;李寶林;王雙;高錫章;高昂;牟昱璇
• 申請（專利權）人: 中國科學院地理科學與資源研究所;中國標準化研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q50/26;G06F111/10;G06F119/08;G06F119/12;G06F119/14
• 代理公司: 武漢領君知識產權代理事務所(普通合伙) 42248
• 代理人: 汪俊鋒

本發明屬于地理學和生態學技術領域，涉及一種適用于高寒草地生態系統的NPP計算方法。本發明對溫度子模型進行了重新擬合，并通過正弦函數積分的方法求解白天的月均溫，以此來代替模型中的溫度。本發明采用NIRv代替NDVI，以此求取溫度子模型中的最適溫度。本發明根據已有的研究反推出基于GPP的不同草地利用類型的最大光能利用率值。本發明簡單實用、涉及到的數據都可以從相關網站下載得到，可快速、低成本的對高寒地區草地植被凈初級生產力進行更加可靠的估算。

技術領域

本發明屬于地理學和生態學技術領域，涉及一種適用于高寒草地生態系統的NPP計算方法，具體說是通過遙感技術獲取MODIS影像，通過氣象站數據獲取溫度降水數據，基于現有的光能利用率模型框架，優化其中溫度脅迫和最大光能利用率部分，并將其用于高寒草地植被凈初級生產力的估算。

背景技術

植被凈初級生產力(Net?primary?productivity,NPP)是指綠色植物在單位面積、單位時間內所能累積的有機物的數量，是光合作用產生的有機物總量(Gross?primaryproductivity,GPP)扣除自養呼吸(autotrophic?respiration,R)后的剩余部分。NPP作為陸表碳循環的重要組成部分,國際地圈生物圈計劃(International?Geosphere-BiosphereProgram,IGBP)和全球變化與陸地生態系統計劃(Global?Change?andThterrestrialEcosystem.GCTE)均把NPP的評估作為重要的內容之一。

草地是高山生命帶的重要組成部分，草地NPP的評估對于準確認識整個生態系統的有機物數量十分重要，高山地區海拔高溫度低，如何正確認識低溫對高寒草地生態系統的影響以及準確量化草地生態系統對低溫的響應機制是評估NPP的關鍵。

目前，進行NPP評估的模型方法有氣候模型(統計模型)，過程模型(機理模型)和遙感模型(參數模型)。氣候模型，如Miami模型，Thornthwaite?Memorial模型和Chikugo模型等，它們的計算主要是基于實測數據與氣候因素的回歸關系建立得到，這種方法計算非常簡單，但是十分依賴于區域實測數據的統計回歸，模型建立后很難外推到其他區域。過程模型，如TEM模型，Biome-BGC模型，它們十分詳細的描述了植物的能量通量和物質循環，但是這類模型需要的參數眾多，數據難以獲取，計算過程十分復雜，且多為站點尺度，難以外推到其他區域，因此，他們的使用受到了限制。遙感模型是基于遙感數據，如MOD09Q1,MOD15A2等，這些數據都可以從NASA,USGS等官方途徑獲取得到，且遙感模型是基于光能利用率(Light?use?efficiency,LUE)基礎之上的，理論清晰，模型簡單，因此獲得廣泛的應用。

遙感模型適用于大尺度的NPP研究，但是現有的遙感方法應用到高海拔地區時，沒有考慮高山植物對低溫的特殊響應機制，即相比低地植物，高山植物能夠更加適應低溫環境，能夠在1天或者幾天內將最適溫度調整為環境溫度以適應溫度的變化。夜間低溫不會或者很少影響到光合細胞器的活性，也就是說，在運用NPP方法計算光合速率時，基于白天的月均溫是更合適的。原有方法多定義NDVI最大時的環境溫度為最適溫度，但是NDVI最大只能代表植物的收支平衡點，并不能說明此時為最大生長速率。因此，有必要設計一種簡單實用，精度更高，并充分考慮高山植物的特殊響應機制的NPP評估方法。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種適用于高寒草地生態系統的NPP評估方法。該方法考慮到原有模型的缺點以及高寒生態系統的特殊響應機制，基于光能利用率理論，利用遙感與氣象數據，逐月的計算生長季高寒草地的NPP。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現。一種適用于高寒草地生態系統的NPP計算方法，其步驟是：

第一步：獲取遙感數據和氣象數據；

根據研究區域的時空分辨率要求，下載相關的氣象數據和遙感數據；

第二步：處理遙感數據和氣象數據；