遥感在全球碳循环研究中的应用.docVIP

精品论文 参考文献 遥感在全球碳循环研究中的应用 刘欢 　　四川省安全科学技术研究院 四川成都 610045 　　摘要：近年来，碳循环研究日益成为全球变化与地球科学研究领域的前沿与热点问题之一。全球碳循环主要涉及地球系统的大气、海洋和陆地三个部分，陆地和海洋均起着碳源和/或碳汇的作用。随着遥感技术的兴起和发展，碳循环研究已经由传统以取样分析为基础发展到由遥感数据估算与样地调查和生态生理过程模型相结合的更经济更全面更实用的遥感估算方法。本文列举了陆地和海洋碳循环研究已有的部分研究成果，并结合研究案例分析了其中的几种研究方法的特点及应用等有关问题。 　　关键词：遥感；碳循环；陆地生态系统；海洋生态系统；遥感参数模型 　　引言 　　近150多年来，森林锐减、土地退化、环境污染、生物多样性丧失等由人类活动导致的自然生态环境问题日益严重，特别是人类活动，尤其是以燃料燃烧和土地利用类型的改变为主的后果之一是在过去150年间大气中C浓度升高了28%[1]。目前，碳循环的研究已成为四大国际全球变化研究组织（国际地圈生物圈计划、国际人文因素计划、世界气候研究计划和生物多样性计划）共同关注的三大科学研究目标之一[2]。 　　随着遥感逐步从定性化向定量化发展，现代遥感技术日益应用于区域至全球尺度水平的生态系统碳通量模型的参数初始化、驱动变量输入、结果验证等，并取得了大量进展，越来越多的陆表及海洋参数可以通过遥感获得，如土地覆盖和土地利用变化（LUCC）、净初级生产力（NPP）、叶面积指数（LAI）、冠层生物化学组分（如叶片中的叶绿素和氮素含量）、冠层温度、光合有效辐射（PAR）、植被吸收的光合有效辐射比率（FPAR）、冠层结构（如叶倾角）、土壤含水量、陆地表面温度（LST）、水体叶绿素A含量、水体悬浮物、有色溶解有机物（CROM）、海洋初级生产力（OPP）、浮游藻类指数（FAI）、海洋表面温度（SST）等。这些参数可以由航天或航空遥感信息获得，并被用于碳循环研究和碳储量估算[3]。 　　1 遥感在不同生态系统碳循环研究中的应用 　　1.1 遥感在陆地生态系统碳循环研究中的应用 　　陆地生态系统碳循环是全球碳循环中最复杂、受人类活动影响最大的部分。 　　陈斌[4]等使用基于光能利用率的区域尺度遥感参数模型（C-Fix）估算2003年中国陆地生态系统NPP，得出当年中国陆地生态系统的APAR整体上呈现东南高西北低的走势，NPP总量为4.368Pg C，也从南向西北逐渐减少，空间变化明显。Turner[5]等利用碳循环遥感模型估算了美国西北太平洋沿岸Coast Range和West Cascades Mountains地区的森林过去一段时间内的NEP/NPP，得出十年间极少收割的保留原始林木的林区是更重要的碳汇的结论。 　　1.1.1 陆地生态系统碳循环遥感模型 　　陆地生态系统碳循环估算模型主要包括经验模型、过程模型和遥感参数模型。遥感参数模型是以遥感数据作为输入参数的模型，主要包括估算NPP和土壤呼吸的两个子模型，NPP模型有CASA模型、TURC光能利用率模型和过程模型PROMET-V等；土壤呼吸则主要通过与土壤温度间的关系Arrhenius函数估算。 　　根据陆地表面不同的生态系统类型，又可将遥感在陆地生态系统碳循环研究中的应用分为遥感在森林、土壤、农田、荒漠、冰川、草原等生态系统中的应用。其中，由于森林生态系统在全球各生态系统碳循环中占有绝对的优势地位，估算森林的碳储量，评价森林的碳汇功能，研究森林生态系统在全球碳循环中的功能和贡献，具有更加重要的意义。 　　1.1.2 遥感在森林碳蓄积量估算中的应用 　　森林碳蓄量的估算方法主要样地清查法、模型模拟法和遥感估算法。 　　样地清查法是通过典型样地研究植被、枯落物或土壤等碳库的碳储量和碳通量，是一种主要适用于小尺度森林生态系统研究的方法。 　　模型模拟法是通过数学模型来估算森林生态系统的生产力和碳储量，是研究大尺度森林生态系统碳储量的必要手段。 　　遥感估算法是利用遥感手段获得各种植被状态参数，结合地面调查，完成植被的空间分类和时间序列分析，随后可分析森林生态系统碳的时空分布及动态，并且能够估算大面积森林生态系统的碳储量以及土地利用变化对碳储量的影响。 　　1.2 遥感在海洋生态系统碳循环研究中的应用 　　海洋表层参数的遥感反演主要包括叶绿素、浮游物、黄色物质（有色溶解物质CROM）以及海面温度的反演。 　　在海洋生态系统碳循环遥感应用中，叶绿素浓度同进行光合作用的速率和生物量有着直接关系，根据叶绿素浓度结合其他参数可以估算海洋初级生产力，反映出水域初级生产者通过光合作用生产有机碳的能力。因此，通过研究海洋叶绿素及初级生产力分布特征可以了解从小尺度时空范围到大尺度时空范围内海洋初级有机物的生