西藏高寒草甸冠层光合参数的遥感估算:站点研究

• 作者: 何永涛 张宪洲 杜明远 牛犇 石培礼
• 来源期刊: 资源与生态学报（英文版）
• 关键词: 太阳辐射组分 比尔-朗伯吸收定律 消光系数 叶面积指数 高寒草甸 西藏高原
• 年，卷（期）: 2020,（3）
• 页码范围: 253-262
• 页数: 10页
• 语种: 英文
• DOI: 10.5814/j.issn.1674-764x.2020.03.002

摘要

太阳辐射驱动的植物光合作用是所有生物圈功能的基础.高寒草甸生态系统范围广,土壤碳密度高,气候变化剧烈,因此是高寒生态系统关键过程响应气候变化的指示器.然而,对高寒草甸生态系统光合作用的主要参数,包括被冠层吸收的光合有效辐射占比(FPAR)、冠层消光系数(k)和冠层叶面积指数(LAI)季节动态的研究较为缺乏.利用2009-2011年太阳辐射各组分和植被叶面积指数观测,分别估算了位于西藏自治区当雄县一个典型的高寒草地生态系统的这三个光合参数,并与最新MODIS(collection 6)遥感FPAR(FPAR_MOD)和LAI产品(LAI_MOD)进行了对比.此外,基于比尔-朗伯吸收定律和MODIS植被指数产品(归一化植被指数 NDVI 和增强型植被指数 EVI),本研究介绍了一个纯遥感手段估算高寒草甸生态系统植被冠层光合参数季节动态的方法.结果表明:2009-2011年该研究区高寒草甸日均FPAR分别是0.33、0.37和0.35,所有4个基于遥感的FPAR产品,包括FPAR_MOD、基于比尔-朗伯吸收定律(常数化消光系数为0.5)估算的FPAR_LAI,以及2个利用MODIS植被指数产品与FPAR地面观测(FAPRg)建立非线性统计模型估算的FPAR(FPAR_NDVI和FPAR_EVI)均对FPARg的年内季节变异做出了很好的解释.相比而言,FPAR_MOD严重低估了FPARg,低估量超过了FPARg本身的40％;FPAR_LAI也明显低估了FPARg,低估量将近 20％,这主要是由于比尔-朗伯吸收定律中k值在整个生长季都被设置为常数0.5,因此用FPAR_LAI去校准FPAR_MOD在该高寒草甸不是一个科学合理的方法.通过遥感估算,该高寒草甸的k值存在明显的季节变异,变异范围是0.19-2.95.考虑k值的季节变化后,FPAR_NDVI和FPAR_EVI明显地提高了对FPARg的估算精度,二者对FPARg虽然有轻微的高估,但高估量均不到5％(RMSE=0.05).基于植被指数(NDVI和EVI)模拟的FPAR和k的季节动态,利用比尔-朗伯吸收定律估算的植被叶面积指数(LAI_NDVI和LAI_EVI)明显提高了遥感LAI_MOD产品的准确度.本研究揭示了基于比尔-朗伯吸收定律,植被指数构建的遥感模型可以提供该高寒草甸FPAR、k和LAI季节动态简单而有效的估算方法.