寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心

1、黑河流域植被功能型制圖冉有華中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，甘肅蘭州730000摘要：植被功能型圖是耦合了生物地球化學(xué)，特別是光合和碳循環(huán)過程的新一代陸面過程模型所必需的輸 入，高質(zhì)量的植被功能型圖是提高陸地表面過程模擬精度的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前植被功能型的遙感制圖方法還 不成熟，許多相關(guān)的調(diào)查資料沒有充分利用。在國家自然科學(xué)基金委“黑河流域生態(tài)-水文過程集成研究”計劃啟動之初，發(fā)展植被功能型的多源信息融合方法，有機(jī)融合黑河流域多年積累的試驗區(qū)相關(guān)調(diào)查結(jié)果 （如植被圖、土地利用圖、森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)等），產(chǎn)生更精細(xì)的流域尺度植被功能型分類圖，對于豐富和發(fā)展植被功能型制圖方法，支撐“黑河流域生態(tài)-水

2、文過程集成研究”（下稱流域計劃）計劃及新一代流域集成模型的發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實意義。關(guān)鍵詞：植被功能；黑河流域；生態(tài)過程模型1背景植被功能型圖是耦合了生物地球化學(xué)，特別是光合和碳循環(huán)過程的新一代陸面過程模型所必需的輸入，高質(zhì)量的植被功能型圖是提高陸地表面過程模擬精度的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前植被功能型的遙感制圖方法還不成熟，許多相關(guān)的調(diào)查資料沒有充分利用。在國家自然科學(xué)基金委“黑河流域生態(tài)-水文過程集成研究”計劃啟動之初，發(fā)展植被功能型的多源信息融合方 法，有機(jī)融合黑河流域多年積累的試驗區(qū)相關(guān)調(diào)查結(jié)果（如植被圖、土地利用圖、森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)等），產(chǎn)生更精細(xì)的流域尺度植被功能型分類圖，對于豐富和發(fā)展植被功

3、能型制圖方法，支撐“黑河流域生態(tài)-水文過程集成研究”（下稱流域計劃）計劃及新一代流域集成 模型的發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實意義。本研究分為三個階段，產(chǎn)生三個版本的產(chǎn)品，每個版本的定義如下：第一個版本，將簡單的將已經(jīng)有數(shù)據(jù)融合，產(chǎn)生植被功能型圖，植被功能型分類系統(tǒng)以 全球植被動態(tài)模型的要求為主要標(biāo)準(zhǔn)，因為已有數(shù)據(jù)以2000年左右為主，因此，產(chǎn)生的植被功能型圖代表2000年的植被功能型分布狀況。時間節(jié)點為2010年底。支持項目為“流域計劃”重點基金項目“黑河流域生態(tài)-水文過程集成研究資料集成與服務(wù)”。第二個版本，將有機(jī)融合新一代遙感（如 MERIS）傳感器的多種產(chǎn)品和多年積累的試 驗區(qū)相關(guān)調(diào)查結(jié)果（如植

4、被圖、土地利用圖、森林資源調(diào)查資料等），產(chǎn)生最新的更精細(xì)的 流域尺度植被功能型分布圖，而且以新定義的流域尺度的植被功能型分類系統(tǒng)為分類標(biāo)準(zhǔn)。 時間節(jié)點為2012年底。支持項目為青年基金項目“植被功能型制圖的多源信息融合方法研 究-以黑河流域為例”和 Hi-WATER試驗項目。第三個版本，在第二個版本流域尺度植被功能型分布圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)大量的文獻(xiàn)和觀 測資料，利用統(tǒng)計分析的方法，對每一種植被類型賦予形態(tài)、生理和生物物理靜態(tài)參數(shù)，建成黑河流域植被功能數(shù)據(jù)庫。時間節(jié)點為2014年底。支持項目為青年基金項目“植被功能型制圖的多源信息融合方法研究 -以黑河流域為例”和 Hi-WATER試驗項目。2第一

5、版本的制圖方法2.1 PFTs分類體系定義流域尺度植被功能型分類體系的劃分是植被功能型制圖的基礎(chǔ)，我們參考國內(nèi)區(qū)域尺度植被功能型的相關(guān)研究，最終目標(biāo)是為流域集成模型的發(fā)展提供植被資料和參數(shù)，其中第一階段目標(biāo)是為全球植被動態(tài)模型應(yīng)用于黑河流域提供本地數(shù)據(jù)，因此，第一階段植被功能型制圖的分類體系主要考慮與全球尺度植被功能型分類系統(tǒng)的兼容的，適當(dāng)考慮黑河流域氣候和植被特征，在全球尺度的植被功能型分類體系下進(jìn)一步細(xì)分。第一階段的植被功能型分類體系采用CLM4.0中的定義，如表1。表 1. The heihe Plant function types derived from PFTs using in

6、 the CLM4.0.CodePFTsTreeTemperate needleleaf evergreen treeTemperate broadleaf deciduous treeBoreal needleleaf evergreentreeBoreal broadleaf deciduous treeGrasslandC3 grassC4 grassShrublandsShrubsCroplandsCroplandsNon-vegetationUrban and built-upSnow and iceBarren or sparsely vegetated landBodies of

7、 water13Permanent wetlands2.2 采用的數(shù)據(jù)基于 MICLCover2000 （The Multi-source Integrated Chinese Land Cover in 2000 ）數(shù)據(jù)， MICLCover2000是利用最終證據(jù)推理方法融合了2000年中國1: 10萬土地利用數(shù)據(jù)、中國植被圖集（1: 100萬）的植被型分類、中國1: 10萬冰川圖、中國1: 100萬濕地圖和 MODIS 2001年土地覆蓋產(chǎn)品（MOD12Q1 ）的采用IGBP分類系統(tǒng)的2000年中國土地覆蓋圖，經(jīng) 驗證該土地覆蓋數(shù)據(jù)在保持了中國土地利用數(shù)據(jù)的總體精度的同時，補(bǔ)充了中國植被圖

8、中對植被類型及植被季相的信息，更新的中國濕地圖、中國冰川圖最新信息，分類系統(tǒng)更加通用，總體上具有更高的精度。 更詳細(xì)的信息請參考文獻(xiàn) 冉有華 等，2009和Ran Youhua et al, 2010.表1: IGBP 土地覆蓋分類系統(tǒng)定義編R名稱名稱含 義1Evergreen needleleaf forest常綠針葉林指覆蓋度60 %和高度超過2米，且常年綠 色，針狀葉片的的介木林地。2Evergreen broadleaf forest常綠闊葉林指覆蓋度60 %和高度超過2米，且常年綠 色，具有較寬的葉片的的喬木林地。3Deciduousneedleleaf forest落葉針葉林指覆蓋

9、度60 %和高度超過2米，且有， 的落葉周期，針狀葉片的喬木林地。4Deciduousbroadleaf forest落葉闊葉林指覆蓋度60 %和高度超過2米，且有f 的落葉周期，具有較寬葉片的喬木林地。5Mixed forest混交林指前四種森林類型的鑲嵌體，且每種類型的覆蓋度不超過60%6Closed shrublands郁閉灌木林指覆蓋度60%,高度低于2米，常綠或落 葉的木本植被用地。7Open shrublands稀疏灌木林指覆蓋度在10% 60 %之間，高度低于 2 米，常綠或落葉的木本植被用地。8Woody savannas后林早地森林覆蓋度在30%60 %之間，高度超過2 米，

10、和草本植被或其它林下植被系統(tǒng)組成的 混合用地類型。9Savannas稀樹林地森林覆蓋度在10%30 %之間，高度超過2 米，和草本植被或其它林下植被系統(tǒng)組成的 混合用地類型。10Grasslands草地由草木植被類型覆蓋，森林和灌木覆蓋度小于10%11Permanentwetlands永久濕地常年或經(jīng)常覆蓋著水（淡水、半咸水或咸水） 與草木或木本植被的廣闊區(qū)域，是介于陸地 和水體之間的過渡帶。12Croplands農(nóng)田指由農(nóng)作物覆蓋，包括作物收割后后的裸露 土地。永久的木本農(nóng)作物可歸類于合適的林 地或者灌木覆蓋類型。13Urbanandbuilt-up land城市與建筑用地被建筑物覆蓋的土地

11、類型。14Cropland/natural vegetation農(nóng)業(yè)與自然植被 鑲嵌體指由農(nóng)田、喬木、灌木和草地組成的混合用 地類型，且任何一種類型的覆蓋度不超過mosaic60%15Snow and ice冰川指常年由積雪或者冰覆蓋的土地類型16Barrenorsparsely vegetated land裸地與稀疏植被指裸地、沙地、巖石，植被覆蓋度不超過10%17Bodies of water水體海洋、湖泊、水庫和河流，可以是淡水或咸 水。2.3 方法結(jié)合其他資料，對 MICLCover2000進(jìn)行分類系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，主要步驟如下：第一步：因為MICLCover2000數(shù)據(jù)只有中國境內(nèi)的數(shù)據(jù)，我

12、們用MODIS的IGBP 土地覆蓋數(shù)據(jù)產(chǎn)品在空間上補(bǔ)充黑河流域的外蒙部分，同時根據(jù)我們對黑河流域的考察和了解，糾正了西居延海水體、上游常綠闊葉林和下游常綠針葉林，并將Woody savannas、savannas和永久濕地糾正為草地。第二步：轉(zhuǎn)換IGBP 土地覆蓋為植被功能圖。IGBP 土地覆蓋類型與植被功能類型在很 大程度上是可以對應(yīng)的，有些類型需要擴(kuò)充或者合并，包括：1、灌木信息不一致。灌木在 IGBP中分為稀疏灌木林和郁閉灌木林，因此將其合并后 即為植被功能類型中的灌木類型。2、喬木林黑河沒有常綠闊葉林和落葉針葉林，祁連山自然保護(hù)區(qū)東南部有少量落葉松，但不在黑河流域內(nèi)。常綠針葉林：落葉闊

13、葉林：常綠針葉林和落葉闊葉林，按溫度帶進(jìn)行劃分。溫度帶根據(jù)新的多年平均氣溫和多年平 均降水重新劃分，將多年平均氣溫在-5到5度，多年平均降水大于 400mm的地區(qū)劃分為北方帶。由于數(shù)據(jù)的限制，多年平均氣溫和降水的計算只利用了三年的資料，來源于利用 MicroMet模型對GLDAS的再分析資料的插值結(jié)果。黑河流域的北方帶范圍如下圖：96例1001OZ10444424038SB100102104混交林：混交林只有76平方公里，將其合并到相鄰的類型中去。3、草地黑河流域的C3和C4植物主要有：C3 plants functional types花棒(Hedy sarum scoparium ),桎柳

14、(Tamarix chinensis Lour)楊樹(Poplar), Soybean, potatoC4 plants functional types梭梭 (Haloxylon ammodendron ), 沙拐棗 (Calligonum mongolicum Turcz.), 玉米(Maize)C3/C4 grass and Temperate broadleaf evergreen Shrubs, Temperate broadleaf deciduous Shrubs, Boreal broadleaf deciduous Shrubs, Desert Shrubs is distinguish based on the atmosphere temperature.根據(jù)氣候因子按文章的標(biāo)準(zhǔn)劃分，C3/C4草事實上經(jīng)常用溫度區(qū)分，如Nemaniand Running (1996)曾用年最低溫度