基于森林清查和遥感的城市森林净初级生产力估算

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1、林文鹏等：基于森林清查和遥感的城市森林净初级生产力估算769基于森林清查和遥感的城市森林净初级生产力估算林文鹏1，2，王臣立3，赵敏1*，黄敬峰2，施润和4，柳云龙1，高峻11.上海师范大学城市生态与环境修复重点实验室，上海200234；2.浙江大学农业遥感与信息技术应用研究所，浙江杭州310029；3.中国文物研究院，北京100029；4.华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室，上海2000624摘要：城市森林作为陆地生态系统的组成成分之一，研究其在全球碳循环中的地位和作用有很重要的意义。文章以上海城市森林为研究对象，开展基于基于森林清查数据和遥

2、感技术的城市森林净初级生产力（NPP）估算研究。首先，根据选取上海市典型的森林植被类型，设置森林植被样方，测量反映植被生物学特性的特征参数，包括林龄、胸径、树高和叶面积指数（LAI）等，采用能反映林龄和蓄积量共同影响的生产力回归模型估算了样方NPP，建立了基于LAI的样方NPP回归模型；其次，利用一景相近时相的SPOT5影像，经进行几何纠正和辐射定标后，计算出能较好地反映植被特征和消除土壤背景影响的修正土壤调节植被指数（MSAVI），建立了基于MSAVI的区域森林LAI遥感估测模型；最后，根据建立的样方NPP回归模型以及区域LAI遥感估测模型，进行尺

3、度化转换，估算出区域尺度上的上海城市森林净初级生产力。通过比较与前人运用传统方法研究估算的NPP，精度可达到89%，且本模型简单可行。因此本研究可为快速定量评估城市森林碳储量提供依据。关键词：森林清查数据；城市森林；净初级生产力模型；SPOT5中图分类号：X144文献标识码：A文章编号：1672-2175（2008）02-0766-05林文鹏等：基于森林清查和遥感的城市森林净初级生产力估算769森林净初级生产力（NPP）作为地表碳循环的重要组成部分，不仅直接反映了植被群落在自然环境条件下的生产能力，表征陆地生态系统的质量状况，而且是判定生态系统碳源/

4、汇和调节生态过程的主要因子，在全球变化及碳平衡中扮演着重要的作用[1]。城市森林作为陆地生态系统的组成成分之一，在全球变化背景下，研究其在全球碳循环中的地位和作用有很重要的意义。目前，对城市森林在全球变化地位方面的评估进行的也越来越多，该方面的研究也成了政府部门和科技工作者共同研究和关注的热点[2-4]。我国在该方面的研究起步较晚，研究内容多是探讨城市植被在碳氧平衡中的作用，而且主要是通过计算城市植被的生物量和生产力而进行评估[5]。纵观近几十年来，森林NPP研究经历了站点实测、统计回归及模型估算研究等阶段。基于站点观测的传统生态学研究方法，在大区域

5、NPP估算中存在局限性[6]。而在模型估算研究中，遥感数据的引进已经成为一个重要的发展方向[7~8]。遥感作为地球表面信息获取的有力手段，可以获取多种地表参数，这些参数可以为陆地净初级生产力的估算提供丰富的数据。采用遥感手段，可实现研究成果由点向面的推演和扩展，形成以面状信息为基础的完整的成果表达，准确、及时地得到监测范围内多时空尺度的NPP时空分布特征。显然，这是利用常规的地面站点观测结果所难以得到的。森林资源清查资料具有分布范围广、几乎包含所有的森林类型、测量的因子容易获得、时间连续性强等优点[9]。我国林业部自20世纪70年代以来，已经进行了连

6、续5次全国范围的、系统的森林资源清查，取得了大量宝贵的森林资源数据。鉴于森林清查数据的详细程度、权威性，研究如何更有效地利用森林清查数据评估国家和区域尺度的森林碳贮量与碳收支已成为人们关注的重点[10]。然而，针对城市森林碳循环，开展基于清查资料，结合遥感数据对城市森林NPP进行遥感估算，目前还缺少系统的研究。因此，本研究以上海城市森林为研究对象，利用森林清查数据和样方调查数据，建立基于LAI的样方森林生产力估算模型。同时，借助SPOT5卫星遥感数据，对区域NPP进行估算，实现NPP的估算从点状向面的扩展，从而获取区域尺度上的NPP。1材料与方法1.

7、1研究区概况研究区上海市位于30°40′~31°53′N，120°51′~122°12′林文鹏等：基于森林清查和遥感的城市森林净初级生产力估算769E，地处长江三角洲的东南缘，属亚热带季风气候，全年温和湿润，热量丰富，降水充沛，对植物的生长发育极为有利。上海全市面积6340.5km2，其中有林地面积有218km2，以亚热带常绿阔叶林和水杉林、竹林、经济林为主（http://www.shghj.gov.cn）。1.2野外样方植被调查与数据采集野外主要观测数据是那些能反映林分生物学特性的指标，包括林龄平均胸径、平均树高、植物的叶面积指数等。本研究中，于2

8、006年7—10月进行野外植被调查和数据采集。根据上海城市森林的特点，选取几种具有代表性的城市森林类型区，选