国家自然科学基金申请书 通过本研究,最终期望促进干旱区植被覆盖监测、模拟和预测的基础硏究。 拟解决的关键问题: 中国西北地区对全球变暖的大趋势体现的更为强烈,模拟这种气候升温和C增加的情形下西北 地区区域尺度的植被覆盖动态响应是本研究拟解决的关键问题。我们尝试使用LPJ-DGM模型来模拟 植被动态变化。但LPJ-DGwM模型是为解决全球问题而开发的,主要被运用在全球的大区域尺度上的 气候变化和植被动态研究,虽然也有成功地应用在区域尺度上的个别案例,但针对中国西北高程变 化大,植被覆盖高度空间异质性和干旱半干旱为主的气候条件,其适用性需要长时间的观测数据来 验证,并有必要做相应的改进以实现髙空间分辨率格网(1-8km)上的模拟和获得高精度的模拟结果 3、拟采取的研究方案及可行性分析。(包括有关方法、技术路线、实验手段、 关键技术等说明) 研究方案 (一)中国西北植被覆盖动态监测 整理1981年至2001年8 km AVHRR资料和2002年1 KIm avhrr资料。购买2003年至2004年 AVHRR 资料,进行大气纠正、辐射纠正、地形纠正、几何配准和最大化合成等预处理工作。利用SP0T VEGETATION遥感数据补充1999年以后缺省的AVHR资料。 对最大化NDⅥI进行年际年内特征进行分析,监测其动态变化,通过线性回归趋势线模拟植被 覆盖的动态变化趋势和幅度,并给出面积统计结果。对黑河流域(上游和中游位于西北地区青海和 甘肃省境内)利用小波变换方法分析21年最大化NVI,发现有6-7年中短周期和3年短周期变化 规律,所以拟将该方法应用在西北地区24年的植被覆盖周期变化规律分析上 (二)驱动力分析 我们拟在西北地区选择100到200个的观测站点的最大化NⅥI和气温(最高、最低)、降水 地形之间进行多元线性回归和地统计分析,并期望得到不同植被覆盖类型的回归关系式。而在人为 活动比较密集的区域,进行人口、GDP、产业结构、灌溉水平等社会经济统计资料与最大化NVI之 间典型相关分析 (三)中国西北植被LAI的反演和验证 利用一个植被冠层辐射传输模型( A Vegetation Canopy Radiative Transfer Model,CRTF) 从AVHR和 SPOT VEGETATIO0N资料估算西北地LAI和生物量。对研究区不同地表覆被类型进行多时 段LAI和生物量的野外观测,使用LⅠ-2000和 TRACK两套LAI观测仪器同步测量研究区不同植被覆 盖类型不同生长季节的LAⅠ数据,采用齐地刈草法测量植物地上部分生物量(湿重和干重)。利用 VERTE模型从 AVHRR资料估算西北地区1981年至2004年LAI和生物理数据集,应用LAI和生物量 观测数据进行反演结果验证,并依据验证的结果进行模型参数的调整,获得硏究区1981年至2004 年高精度的LAI和生物量数据集。 (四)基于LPJ-DGⅧM模型建立中国西北动态植被覆盖模型 建立台站的气温、降水资料与台站的经纬度和髙程之间回归方程,计算所有格点上的气温、降 水值,并结合 Cokriging(共协 kriging,海拔高度是附加的重要变量)内插结果,获得气温和降水 的空间化数据:从CCMP( Coupled Carbon Model Linkage Pro ject)获得C02浓度数据:从AVHR资 料中可以直接获得云的数据;收集研究区1:400万的土壤图和1991年的土壤详査资料进行转换获得研 究区土壤结构数据。 LPJ模型的源代码用 FORTRAN语言编写,利用面相对象的C++重写模型代码 利用AHR遥感资料反演的LAI和生物量数据验证LPJ模型输出的LAI和生物量数据,进行模 型精度评价,根据验证和评价结果调整模型算法,并増加周期变化规律、地形、土地利用和社会经 第8页 版本10084国家自然科学基金申请书 第 8 页 版本 1.008.499 通过本研究，最终期望促进干旱区植被覆盖监测、模拟和预测的基础研究。 拟解决的关键问题： 中国西北地区对全球变暖的大趋势体现的更为强烈，模拟这种气候升温和CO2增加的情形下西北 地区区域尺度的植被覆盖动态响应是本研究拟解决的关键问题。我们尝试使用LPJ-DGVM模型来模拟 植被动态变化。但LPJ-DGVM模型是为解决全球问题而开发的，主要被运用在全球的大区域尺度上的 气候变化和植被动态研究，虽然也有成功地应用在区域尺度上的个别案例，但针对中国西北高程变 化大，植被覆盖高度空间异质性和干旱半干旱为主的气候条件，其适用性需要长时间的观测数据来 验证，并有必要做相应的改进以实现高空间分辨率格网(1-8km)上的模拟和获得高精度的模拟结果。 3、拟采取的研究方案及可行性分析。（包括有关方法、技术路线、实验手段、 关键技术等说明） 研究方案： （一） 中国西北植被覆盖动态监测 整理 1981 年至 2001 年 8km AVHRR 资料和 2002 年 1km AVHRR 资料。购买 2003 年至 2004 年 AVHRR 资料，进行大气纠正、辐射纠正、地形纠正、几何配准和最大化合成等预处理工作。利用 SPOT VEGETATION 遥感数据补充 1999 年以后缺省的 AVHRR 资料。 对最大化 NDVI 进行年际年内特征进行分析，监测其动态变化，通过线性回归趋势线模拟植被 覆盖的动态变化趋势和幅度，并给出面积统计结果。对黑河流域（上游和中游位于西北地区青海和 甘肃省境内）利用小波变换方法分析 21 年最大化 NDVI，发现有 6－7 年中短周期和 3 年短周期变化 规律，所以拟将该方法应用在西北地区 24 年的植被覆盖周期变化规律分析上。 （二） 驱动力分析 我们拟在西北地区选择 100 到 200 个的观测站点的最大化 NDVI 和气温（最高、最低）、降水、 地形之间进行多元线性回归和地统计分析，并期望得到不同植被覆盖类型的回归关系式。而在人为 活动比较密集的区域，进行人口、GDP、产业结构、灌溉水平等社会经济统计资料与最大化 NDVI 之 间典型相关分析。 （三） 中国西北植被 LAI 的反演和验证 利用一个植被冠层辐射传输模型（A Vegetation Canopy Radiative Transfer Model, VCRTF） 从 AVHRR 和 SPOT VEGETATION 资料估算西北地 LAI 和生物量。对研究区不同地表覆被类型进行多时 段 LAI 和生物量的野外观测，使用 LI-2000 和 TRACK 两套 LAI 观测仪器同步测量研究区不同植被覆 盖类型不同生长季节的 LAI 数据，采用齐地刈草法测量植物地上部分生物量（湿重和干重）。利用 VCRTF 模型从 AVHRR 资料估算西北地区 1981 年至 2004 年 LAI 和生物理数据集，应用 LAI 和生物量 观测数据进行反演结果验证，并依据验证的结果进行模型参数的调整，获得研究区 1981 年至 2004 年高精度的 LAI 和生物量数据集。 （四） 基于 LPJ-DGVM 模型建立中国西北动态植被覆盖模型 建立台站的气温、降水资料与台站的经纬度和高程之间回归方程，计算所有格点上的气温、降 水值，并结合Cokriging（共协kriging，海拔高度是附加的重要变量）内插结果，获得气温和降水 的空间化数据；从CCMLP (Coupled Carbon Model Linkage Project)获得CO2浓度数据；从AVHRR资 料中可以直接获得云的数据；收集研究区1:400万的土壤图和1991年的土壤详查资料进行转换获得研 究区土壤结构数据。 LPJ 模型的源代码用 FORTRAN 语言编写，利用面相对象的 C++重写模型代码。 利用 AVHRR 遥感资料反演的 LAI 和生物量数据验证 LPJ 模型输出的 LAI 和生物量数据，进行模 型精度评价，根据验证和评价结果调整模型算法，并增加周期变化规律、地形、土地利用和社会经