基于森林清查和遙感的城市森林凈初級生產(chǎn)力估算

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1、林文鵬等：基于森林清查和遙感的城市森林凈初級生產(chǎn)力估算769基于森林清查和遙感的城市森林凈初級生產(chǎn)力估算林文鵬1，2，王臣立3，趙敏1*，黃敬峰2，施潤和4，柳云龍1，高峻11.上海師范大學城市生態(tài)與環(huán)境修復重點實驗室，上海200234；2.浙江大學農(nóng)業(yè)遙感與信息技術應用研究所，浙江杭州310029；3.中國文物研究院，北京100029；4.華東師范大學地理信息科學教育部重點實驗室，上海2000624摘要：城市森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的組成成分之一，研究其在全球碳循環(huán)中的地位和作用有很重要的意義。文章以上海城市森林為研究對象，開展基于基于森林清查數(shù)據(jù)和遙

2、感技術的城市森林凈初級生產(chǎn)力（NPP）估算研究。首先，根據(jù)選取上海市典型的森林植被類型，設置森林植被樣方，測量反映植被生物學特性的特征參數(shù)，包括林齡、胸徑、樹高和葉面積指數(shù)（LAI）等，采用能反映林齡和蓄積量共同影響的生產(chǎn)力回歸模型估算了樣方NPP，建立了基于LAI的樣方NPP回歸模型；其次，利用一景相近時相的SPOT5影像，經(jīng)進行幾何糾正和輻射定標后，計算出能較好地反映植被特征和消除土壤背景影響的修正土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)（MSAVI），建立了基于MSAVI的區(qū)域森林LAI遙感估測模型；最后，根據(jù)建立的樣方NPP回歸模型以及區(qū)域LAI遙感估測模型，進行尺

3、度化轉(zhuǎn)換，估算出區(qū)域尺度上的上海城市森林凈初級生產(chǎn)力。通過比較與前人運用傳統(tǒng)方法研究估算的NPP，精度可達到89%，且本模型簡單可行。因此本研究可為快速定量評估城市森林碳儲量提供依據(jù)。關鍵詞：森林清查數(shù)據(jù)；城市森林；凈初級生產(chǎn)力模型；SPOT5中圖分類號：X144文獻標識碼：A文章編號：1672-2175（2008）02-0766-05林文鵬等：基于森林清查和遙感的城市森林凈初級生產(chǎn)力估算769森林凈初級生產(chǎn)力（NPP）作為地表碳循環(huán)的重要組成部分，不僅直接反映了植被群落在自然環(huán)境條件下的生產(chǎn)能力，表征陸地生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量狀況，而且是判定生態(tài)系統(tǒng)碳源/

4、匯和調(diào)節(jié)生態(tài)過程的主要因子，在全球變化及碳平衡中扮演著重要的作用[1]。城市森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的組成成分之一，在全球變化背景下，研究其在全球碳循環(huán)中的地位和作用有很重要的意義。目前，對城市森林在全球變化地位方面的評估進行的也越來越多，該方面的研究也成了政府部門和科技工作者共同研究和關注的熱點[2-4]。我國在該方面的研究起步較晚，研究內(nèi)容多是探討城市植被在碳氧平衡中的作用，而且主要是通過計算城市植被的生物量和生產(chǎn)力而進行評估[5]?？v觀近幾十年來，森林NPP研究經(jīng)歷了站點實測、統(tǒng)計回歸及模型估算研究等階段?；谡军c觀測的傳統(tǒng)生態(tài)學研究方法，在大區(qū)域

5、NPP估算中存在局限性[6]。而在模型估算研究中，遙感數(shù)據(jù)的引進已經(jīng)成為一個重要的發(fā)展方向[7~8]。遙感作為地球表面信息獲取的有力手段，可以獲取多種地表參數(shù)，這些參數(shù)可以為陸地凈初級生產(chǎn)力的估算提供豐富的數(shù)據(jù)。采用遙感手段，可實現(xiàn)研究成果由點向面的推演和擴展，形成以面狀信息為基礎的完整的成果表達，準確、及時地得到監(jiān)測范圍內(nèi)多時空尺度的NPP時空分布特征。顯然，這是利用常規(guī)的地面站點觀測結果所難以得到的。森林資源清查資料具有分布范圍廣、幾乎包含所有的森林類型、測量的因子容易獲得、時間連續(xù)性強等優(yōu)點[9]。我國林業(yè)部自20世紀70年代以來，已經(jīng)進行了連

6、續(xù)5次全國范圍的、系統(tǒng)的森林資源清查，取得了大量寶貴的森林資源數(shù)據(jù)。鑒于森林清查數(shù)據(jù)的詳細程度、權威性，研究如何更有效地利用森林清查數(shù)據(jù)評估國家和區(qū)域尺度的森林碳貯量與碳收支已成為人們關注的重點[10]。然而，針對城市森林碳循環(huán)，開展基于清查資料，結合遙感數(shù)據(jù)對城市森林NPP進行遙感估算，目前還缺少系統(tǒng)的研究。因此，本研究以上海城市森林為研究對象，利用森林清查數(shù)據(jù)和樣方調(diào)查數(shù)據(jù)，建立基于LAI的樣方森林生產(chǎn)力估算模型。同時，借助SPOT5衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，對區(qū)域NPP進行估算，實現(xiàn)NPP的估算從點狀向面的擴展，從而獲取區(qū)域尺度上的NPP。1材料與方法1.

7、1研究區(qū)概況研究區(qū)上海市位于30°40′~31°53′N，120°51′~122°12′林文鵬等：基于森林清查和遙感的城市森林凈初級生產(chǎn)力估算769E，地處長江三角洲的東南緣，屬亞熱帶季風氣候，全年溫和濕潤，熱量豐富，降水充沛，對植物的生長發(fā)育極為有利。上海全市面積6340.5km2，其中有林地面積有218km2，以亞熱帶常綠闊葉林和水杉林、竹林、經(jīng)濟林為主（http://www.shghj.gov.cn）。1.2野外樣方植被調(diào)查與數(shù)據(jù)采集野外主要觀測數(shù)據(jù)是那些能反映林分生物學特性的指標，包括林齡平均胸徑、平均樹高、植物的葉面積指數(shù)等。本研究中，于2

8、006年7—10月進行野外植被調(diào)查和數(shù)據(jù)采集。根據(jù)上海城市森林的特點，選取幾種具有代表性的城市森林類型區(qū)，選