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在生态环境保护为社会所广泛关注的今天,人们越来越认识到与自然生态系统协调共处对人类可持续发展的重要性,在自然生态系统与人类的众多复杂关系中,水是最为活跃和最具决定性的纽带,气候变化和水资源开发利用所导致的区域水文过程变化将不可避免地对区域生态环境产生影响,而区域生态环境变化,尤其是植被生态系统的变化,必将对区域水文过程产生作用。鄱阳湖流域干旱和洪涝灾害频发,受人类活动干扰严重。自80年代后,鄱阳湖地区开始了大规模的“退耕还林”造林绿化工程,植被覆盖得到很大恢复。植被的恢复必将引起生态水文过程的变化。因此,本论文以鄱阳湖流域的泸水河子流域为研究区,通过基于遥感的模型模拟,分析泸水河流域植被净初级生产力(NPP)、蒸散(ET)的时空分布特征,阐明植被恢复带来的生态水文过程变化,对揭示气候变化和人类活动影响下的生态环境和水资源问题具有重要的科学价值。
本文利用MODIS的反射率资料,反演得到研究区2001-2008年的叶面积指数(LAI)数据,分析了LAI的空间分布格局以及年内、年际变化规律;利用反演的LAI、TM地表覆盖分类数据、土壤数据和常规气象等数据驱动改进的基于遥感机理的BEPS模型,模拟江西省泸水河流域的生态水文过程;利用流域径流资料验证了模型对水文过程的模拟能力。在此基础上,分析了2001-2008年NPP和ET的空间分布格局以及年内、年际变化规律。通过本研究可以得到以下研究成果和结论:
(1)叶面积指数反演与时空分布规律
采用基于四尺度几何光学模型的反演方法得到的叶面积指数(LAI)具有很明显的空间分布特征。研究区中高LAI区主要分布在高山森林地区,而农作物、城镇及裸土的LAI较低。LAI季节变化明显,在生长季节(5-10月份)较高,部分森林的LAI可达7以上,LAI在12-2月份为全年最低。从年际变化规律可以看出,2001年到2007年LAI呈增长的趋势,这主要与研究区内植被恢复有关,而2008年LAI最低,主要由年初的南方雪灾所导致。
(2)径流模拟及验证分析
利用2001-2003年的实测流域径流资料验证表明,改进的BEPS模型能较好地模拟流域的水文过程,2001-2003年月径流模拟值和实测值的Nash系数和相关系数平方分别为0.82和0.87。
(3)ET和NPP的时空分特征
从2001年月平均ET和NPP分布图可以看出,森林ET和NPP要高于农作物和城镇及裸土。ET主要发生在生长季(5-9月),占全年的60%以上,而其它月份ET均比较小。12和1月份为全年ET最低时期,月平均ET均在1 mm d-1以下。8年中的最大ET出现在7月份,月平均ET在4 mm d-1左右。NPP季节性变化明显,呈现出双峰变化的特征,11-2月份NPP较低,月平均NPP在1.5 gC m-2d-1以下;NPP最大值出现在5月份,月平均NPP可达3 g C m-2d-1以上;受高温的影响,植被的呼吸消耗增大,加之伏旱的影响,7月和8月NPP有较大幅度的降低,NPP的年际波动非常明显。水分利用效率呈现出夏季低、其它季节高的特征。随着年蒸散的增加,年NPP上升。