《遙感數據與植被生態系統碳循環模型的同化研究》是依託北京師範大學，由孫睿擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：遙感數據與植被生態系統碳循環模型的同化研究
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：孫睿
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
陸地生態系統碳循環研究是預測未來大氣CO2、認識大氣圈與生物圈的相互作用等科學問題的關鍵。衛星遙感數據與植被生態系統碳循環模型相結合，有助於實現區域或全球碳收支的估算，但模型參數眾多，不確定性大，給模擬結果帶來較大誤差。目前大部分遙感與植被碳循環模型的結合在於將遙感反演結果強迫代入模型，並沒有改變模型參數的不確定性，遙感數據與植被碳循環模型間的同化，將有助於改善模型參數的不確定性。本項目將在改進現有碳循環模型的基礎上，重點選擇人工林進行CO2通量、冠層光譜、LAI及其它生理生化參數的觀測實驗；結合冠層輻射傳輸模型，進行遙感數據與碳循環模型的同化，最佳化模型參數，並比較不同同化方法對模型結果的影響；進行地面觀測點及不同空間解析度遙感數據與碳循環模型的同化研究，分析其尺度效應並通過尺度轉化驗證模型。研究結果將有助於提高區域碳收支的估算精度。
結題摘要
遙感數據與植被碳循環模型間的同化，不但有助於實現區域或全球碳收支的估算，也有助於改善模型參數的不確定性對模擬結果的影響，提高模型模擬精度。根據項目任務書，進行了碳通量觀測及數據同化等研究，實現了預期研究目標。項目的研究成果主要包括：（1）以哈佛森林作為研究區，結合地面碳通量觀測數據，利用模擬退火算法最佳化Biome-BGC模型參數，並在改進Biome-BGC模型中土壤水分模組的基礎上,利用集合卡曼濾波（EnKF）方法，同化地面觀測以及遙感反演的LAI，進行了植被生產力與蒸散的模擬，提高了模擬精度；（2）結合PROSAIL冠層輻射傳輸模型，以河北省館陶冬小麥通量點為例，以LAI作為結合點，開展了遙感數據與Biome-BGC模型的同化研究；（3）建立了基於國產衛星HJ-1的植被生產力模型，可實現以日為步長的區域植被總初級生產力（GPP）與淨初級生產力（NPP）估算，黑河流域、太湖區域、井岡山市模擬結果與MODIS NPP產品及國內相關研究結果的比較表明,該模型可以較好進行植被生產力估算；（4）對SiB2模型在高寒地區草地生態系統水熱通量模擬誤差較大的原因進行了分析，發現SiB2對生長最適溫度和脅迫溫度等參數的設定不適合於高寒地區植被生長特徵，從而造成植被蒸騰模擬不充分，顯熱通量偏高潛熱通量偏低，針對此，我們以植被生長最快季節的白天平均溫度替換默認的植被生長最適溫度，並對脅迫溫度做了相應調整，調整後青藏高原阿柔草地站顯熱、潛熱模擬誤差顯著減小；（5）在國家自然科學基金重點項目（91125002）和本課題的共同資助下，於2012年6-9月進行了黑河流域中游不同下墊面的碳通量及土壤呼吸觀測實驗，為非均勻下墊面碳通量尺度轉換方法的研究及相關遙感模型的發展等提供地面真值；（6）土壤水分狀況對植被生產力影響很大，我們針對傳統的地表溫度-植被指數特徵空間在乾旱監測中存在時間可比較性較差的缺點，基於能量平衡原理，確定絕對乾邊，計算溫度植被乾旱指數（ATVDI），並以美國南部大平原為例，在空間和時間兩個尺度對ATVDI進行了驗證，結果表明，相對於由實測乾邊計算的STVDI， ATVDI數值更能準確反映地表真實土壤濕度狀況，時間尺度上相關性也有了明顯改進，說明了絕對乾邊的合理性。另外我們還以黃淮海地區為例，進行了土地利用/覆蓋分類及城市擴展模擬等研究。
