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青藏高原是世界上海拔最高、面积最大、最年轻的高原,具有独特的气候和自然环境,是全球气候变化的敏感区域。高寒草地是青藏高原的主要植被类型,在整个生态系统的物质循环与能量流动中起着至关重要的作用。然而高寒草地生态系统比较脆弱,由于全球气候变化和人类活动的影响,草地植被退化严重,青藏高原的自然环境保护受到国内外学者的广泛关注。近年来有关高原植被的研究已有不少报道,特别是应用遥感技术手段对植被动态以及相关影响因子的研究,已经成为当前高原地区植物生态研究的热点。其中草地近地表气温和植被动态的关系研究,对于高寒草地陆地表面过程以及高寒草地对全球气候变化的响应研究,均具有极其重要的意义。
本研究主要集中在以下几个方面:(1)生长季与非生长季地表温度(LST,Land Surface Temperature)与四种草地类型近地表气温(分别为1m、2m气温)的相关性。(2)全年四种草地类型白天LST和夜间LST与近地表气温(分别为1m、2m气温)的相关性,并得出相应的回归方程。(3)研究不同草地类型的LST-植被指数特征空间。(4)进行高寒草地地上生物量鲜重估算中NDVI和EVI的比较,并以能较好反映生物量鲜重的植被指数建立估算模型。(5)根据07～09三年的MODIS数据,比较NDVI和EVI在反映植被动态变化的均值、标准差等方面的异同。主要研究结果如下:
(1)在非生长季四种草地类型无论是白天1m气温还是2m气温,与LST的相关性均大于生长季。除人工草地外,无论夜间1m气温还是2m气温与MODISLST的相关性在非生长季均大于生长季。
(2)全年MODIS LST与近地表白天1m和2m气温、夜间1m和2m气温均为强相关,而且与草地类型无关,因此针对高寒草地建立白天夜间 MODIS LST与相应2m气温的线性回归疗程。白天MODIS LST与白天2m气温的线性回归方程为:Tad=0.013T、+94.790(R2=0.688.p＜0.001):夜间的为:Tan=0.017 T、+40.528(R2=0.902,p＜0.001),MODIS LST与四草地类型1m、2m夜间气温的相关性均好于1m、2m白天气温,因此MODIS LST完全适用于高寒草地的连地表气温反演。
(3)温性草原和人工草地的白天LST-植被指数特征空间表现为典型的梯形,而高寒草甸和高寒草原的LST-植被指数特征空间没有表现出典型的梯形,因此不宜采用典型LST-植被指数特征空间来进行后两种草地类型的土壤水分估算和干旱胁迫研究;而夜间LST与植被指数呈现正相关,原因主要是季节变化和夜间植被蒸腾较小。
(4)对不同空间分辨率的MODIS的两种植被指数产品EVI和NDVI分别与牧草鲜重进行相关分析和回归分析比较表明,EVI与牧草鲜重的相关关系要好于NDVI,说明EVI更适用于高寒草地牧草鲜重的估算。EVI250在上述四种植被指数中与高寒草地牧草鲜重的相关性最好(r=0.904,p＜0.01),EVI250与牧草鲜重的回归方程为:AGB=-244+1316×EVI250(R2-0.817,p＜0.01)。
(5)NDVI和EVI在反映高寒草地植被动态上,整体变化趋势较一致,NDVI和EVI随时间的变化曲线对植被生长动态的描述能力基本相同。相比于NDVI,EVI在非生长季低植被密度区的值均低于NDVI,同时EVI的变化范围明显小于NDVI,因此对植被的反映更稳定精确。在生长季,NDVI值一直高于EVI,但250m分辨率的NDVI和500m分辨率的NDVI在高植被密度时期表现出了明显的饱和现象,当NDVI达到0.8左右时就不再随植被密度的升高而升高,变化趋势近似一条直线,说明高寒草地NDVI存在通道饱和现象,而EVI始终符合钟形曲线,可以较好的反映地表植被生长状况。