国家海洋局第一海洋研究所NPP、VFC数据技术服务

一．背景介绍

       净初级生产力 (NPP)反映的是植物固定和转化光能为化合物的效率，数值上与植物生长、发育、繁殖等自身生命活动相关，同时也为整个生态系统中其他生物成员的生命活动提供了不可或缺的物质基础。植被净初级生产力能够以统一的尺度标准来衡量区域土地利用/覆被变化过程对植被的影响程度,因此分析区域土地利用/覆被变化过程对植被净初级生产力NPP的影响是土地利用/覆被变化环境效应研究的重要组成部分。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/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。

       植被覆盖度（VFC）指植被（包括叶、茎、枝）在地面的垂直投影面积占统计区总面积的百分比。容易与植被覆盖度混淆的概念是植被盖度，植被盖度是指植被冠层或叶面在地面的垂直投影面积占植被区总面积的比例。两个概念主要区别就是分母不一样。植被覆盖度常用于植被变化、生态环境研究、水土保持、气候等方面。

植被覆盖度的测量可分为地面测量和遥感估算两种方法。地面测量常用于田间尺度，遥感估算常用于区域尺度。

       地理国情监测云平台应国家海洋局第一海洋研究所的要求，对钦州市2016年NPP、VFC数据提供产品技术服务，以满足客户科研工作的需求。

       钦州市地处广西南部沿海，北部湾北岸，位于北纬21°35′～22°41′，东经107°72′～109°56′。钦州拥有520.8公里的海岸线，海岸线蜿蜒曲折，形成众多滩涂、浅海水域、红树林区等湿地生态系统;892.2万亩的林地面积，装饰着葱茏青山，大量野生动植物在此栖息;亚热带海洋性季风气候，带来充足的热量和充沛的雨量为植物的生长和繁殖提供了有利的生长条件。截至今年9月，钦州森林覆盖率达54.2%，其中，沙滩的防护林带森林覆盖率达80%以上。

二．案例详情

       NPP数据的技术服务的核心是通过改进的光能利用率模型（ＣＡＳＡ 模型），利用ＭＯＤＩＳ-ＮＤＶＩ数据、土地覆盖分类数据、气象数据等，逐像元模拟2013年河北省NPP数据 。

       VFC数据技术服务的核心是利用植被指数近似估算植被覆盖度，常用的植被指数为NDVI。下面是在像元二分模型的基础上研究的模型：

       VFC = (NDVI - NDVIsoil)/ ( NDVIveg - NDVIsoil)  （1）

       其中, NDVIsoil 为完全是裸土或无植被覆盖区域的NDVI值，NDVIveg 则代表完全被植被所覆盖的像元的NDVI值，即纯植被像元的NDVI值。两个值的计算公式为：

       NDVIsoil=（VFCmax*NDVImin- VFCmin*NDVImax）/( VFCmax- VFCmin)  （2）

       NDVIveg=（(1-VFCmin)*NDVImax- (1-VFCmax)*NDVImin）/( VFCmax- VFCmin)  （3）

       利用这个模型计算植被覆盖度的关键是计算NDVIsoil和NDVIveg。这里有两种假设：

       1）  当区域内可以近似取VFCmax=100%，VFCmin=0%。

       公式（1）可变为：

       VFC = (NDVI - NDVImin)/ ( NDVImax - NDVImin)   （4）

       NDVImax 和NDVImin分别为区域内最大和最小的NDVI值。由于不可避免存在噪声，NDVImax 和NDVImin一般取一定置信度范围内的最大值与最小值，置信度的取值主要根据图像实际情况来定。

       2）  当区域内不能近似取VFCmax=100%，VFCmin=0%

       当有实测数据的情况下，取实测数据中的植被覆盖度的最大值和最小值作为VFCmax和 VFCmin，这两个实测数据对应图像的NDVI作为NDVImax 和NDVImin。

       当没有实测数据的情况下，取一定置信度范围内的NDVImax 和NDVImin。VFCmax和 VFCmin根据经验估算。

三、技术服务成果展示

       本次产品加工技术服务成果如图1-2所示：

图1.钦州市2016年NPP分布图

图2.钦州市2016年VFC分布图