生态系统模型课

1、会计学1生态系统模型课生态系统模型课1.1.叶片尺度叶片尺度 植物对气象要素变化的生理响应植物对气象要素变化的生理响应2 2 冠层尺度冠层尺度 土壤植物大气系统耦合土壤植物大气系统耦合从空间测量可以获得大面从空间测量可以获得大面积地表特征数据，是尺度积地表特征数据，是尺度扩展的重要手段。扩展的重要手段。 遥感就是对地物在电磁波不同波段范遥感就是对地物在电磁波不同波段范围的反射、发射、透过和吸收的能量进行围的反射、发射、透过和吸收的能量进行测量，以识别物体信息或特性的技术。测量，以识别物体信息或特性的技术。不同地物具有不同的反射、发射和吸收不同地物具有不同的反射、发射和吸收特性，导致遥感方式、平

2、台和应用的多样特性，导致遥感方式、平台和应用的多样性性。土壤水分土壤水分降雨、雪降雨、雪植被植被雪雪卫星遥感图像卫星遥感图像静止轨道：单点观测静止轨道：单点观测极轨：有规律地大面积观测极轨：有规律地大面积观测, ,提供提供 NDVINDVI，表面温度，土地覆盖等数据，表面温度，土地覆盖等数据高空航空图像高空航空图像 10-12km 特定调查，航空测量特定调查，航空测量低空航空照片低空航空照片500-8000km500-8000km特定调查特定调查, ,航空测量航空测量地面观测铁塔地面观测铁塔100m100m理论探索理论探索, ,科学实验科学实验观测平台观测平台观测高度观测高度主要目的主要目的静

3、止轨道同步卫星静止轨道同步卫星 36000km定点观测定点观测 太阳同步卫星太阳同步卫星 500-1000km周期性观测周期性观测 航天飞机航天飞机 240-350km不定期观测不定期观测, , 太空实太空实验验无线电探测仪无线电探测仪100-100km各种探测内容各种探测内容 （如（如气象）气象）高空喷气式飞机高空喷气式飞机 10-12km侦察侦察; ; 大面积调查大面积调查低中空飞机低中空飞机 500-8000m各种调查各种调查 , , 航空测航空测量量 常用的探测器常用的探测器NOAA AVHRRLandsat TMSPOT VegetationTerra MODIS 不同生育阶段，植物

4、叶不同生育阶段，植物叶片的叶绿素含量和胡萝卜素片的叶绿素含量和胡萝卜素的含量会有所变化，这就导的含量会有所变化，这就导致叶片颜色的变化和冠层反致叶片颜色的变化和冠层反射吸收光谱的变化射吸收光谱的变化在可见光波段内在可见光波段内, , 差别不明显差别不明显白桦白桦杉树杉树松树松树)5 . 01 (5 . 0rednirrednirrednirrednirSAVINDVIredNIRSR简单植被指数简单植被指数归一化植被指数归一化植被指数1)5 . 76(5 . 2bluerednirredrniEVI土壤调整植被指数土壤调整植被指数增强型植被指数增强型植被指数 植物在不同生育阶段对植物在不同生育

5、阶段对VISVIS和和NIRNIR波段反射率的波段反射率的不同，形成了不同，形成了NDVINDVI的季相变化的季相变化, , 反映植被的变化过反映植被的变化过程。程。NDVINDVI的季相变化的季相变化00.30.60.92000200120022003200420052006200700.20.40.60.820012001.22001.42001.62001.820022002.2常用的滤波方法常用的滤波方法RS可直接获取的土壤信息可直接获取的土壤信息方法方法被动微波方法：微波辐射计被动微波方法：微波辐射计, , 重复观测频率高，数据量低重复观测频率高，数据量低，数据处理简单，数据处理简单

6、用微波辐射计获取土壤的亮度温度，然后通过物理模型反演土壤水用微波辐射计获取土壤的亮度温度，然后通过物理模型反演土壤水分或与土壤水分建立经验关系。分或与土壤水分建立经验关系。有效采样深度有效采样深度2-5cm2-5cm微波发射与土壤湿度之间较好的相关关系可以达到微波发射与土壤湿度之间较好的相关关系可以达到20cm20cm土层土层主动微波方法：成像雷达主动微波方法：成像雷达, , 数据分辨率高，数据量大，处数据分辨率高，数据量大，处理复杂理复杂发射电磁波发射电磁波, ,接收后向散射回波接收后向散射回波, ,建立地物形态和物理特征与后向散建立地物形态和物理特征与后向散射回波之间的关系射回波之间的关系

7、以后向散射系数法为主以后向散射系数法为主对裸土较好对裸土较好, ,在有植被覆盖或地表粗糙度大较时在有植被覆盖或地表粗糙度大较时, ,影响较大影响较大. .可见光可见光近红外近红外热红外热红外反照率反照率植被指数植被指数地表温度地表温度转换转换净辐射净辐射土壤热通量土壤热通量显热通量显热通量潜热通量潜热通量波文比波文比蒸发比蒸发比卫星辐射通量卫星辐射通量地表参数地表参数模型模型地表能量平衡地表能量平衡湿度指针湿度指针nRGHLE地表能量平衡地表能量平衡nLERGH余项法：余项法：exarsprrTTCH感热感热4)1 (sskygnTLRR净辐射净辐射土壤热通量土壤热通量净辐射与土壤热通量的反演

8、净辐射与土壤热通量的反演参考高度参考高度4/144)(1 ()()(scccRTfTfT)cos5 .0exp(1)(LAIfc0),ln(047. 0009. 1NDVINDVIs地表发射率地表发射率覆盖率覆盖率minmaxminNDVINDVINDVINDVIfc)/(GRnLEEF2424*RnEFET日蒸散方法1方法2方法3净辐射净辐射蒸散蒸散twcpcffEE 潜在蒸散环境影响因子订正，得到实际蒸散y=1.0 xR2 = 0.5402460246观测的ETObserved ET(mm d-1)预测的ETPredicted ET (mm d-1)(a)2001-2222002-2362

9、003-229植物叶片气孔cagrrCCP6 . 137. 112min,12,6 . 137. 1caPotgrrCCPcacaPotggrrrrPP6 . 137. 16 . 137. 1min,推导出推导出cacaPotggrrrrPP6 . 137. 16 . 137. 1min,0,PARfAPARPPARPPPotg000)exp(PARfdkPARAPARPARLAI)exp(0kPARPAR)exp(0kPARPARAPAR: 冠层吸收的光合有效辐射冠层吸收的光合有效辐射cacaPARPgrrrrPARfP6 . 137. 16 . 137. 1min,)()()(321VPD

10、fTfPARffPaPARPg1321min,)()()(VPDfTffrraccabovebelowabovePARPARPARfIPARminmaxmin)(minmaxSRSRffSRSRfPARPARPARPARabovePARbelow08. 008. 1NDVIfPAR08. 067. 1NDVIfPARfPAR的计算的计算 fpar=1.24NDVI-0.168对MODIS fpar也可表示为 fpar=0.95(1-exp(-kLAI)y=0.86xR2 = 0.710510152005101520观测的GPPObserved GPP(gCm-2d-1)预测的GPPPredicted GPP(gCm-2d-1)(b)黄土高原黄土高原2000-20022000-2002年年GPP (mol C/m2 yr)GPP (mol C/m2 yr)土壤水分土壤水分降雨、雪降雨、雪植被植被雪雪 植物在不同生育阶段对植物在不同生育阶段对VISVIS和和NIRNIR波段反射率的波段反射率的不同，形成了不同，形成了NDVINDVI的季相变化的季相变化, , 反映植被的变化过反映植被的变化过程。程。NDVI