1. 研究目的与意义
研究意义：随着科学技术的进步，人类对自然的破坏性越来越大。人类运用日新月异的科技，从自然界中获取所需的各种能量与物质的同时，也在破坏着地球的生态环境。举个例子，我们都知道，地底的煤炭与石油，是大自然经历了千百万年才形成的，我们人类把它们从地底开采出来，经过短短的几个化学过程，就可以让它们为我们提供必要的能量。但是与此同时，它们在燃烧的时候也会产生大量的温室气体，例如二氧化碳。这些原因使得我们的地球环境遭受巨大的威胁，全球气候逐渐变暖，海平面上升现象，臭氧层危机等等，都成为悬在人们头顶的利剑。
危机如何解救？在自然界中，陆生绿色植物的光和作用，可以吸收大气中的二氧化碳，产生有机物，为植物的生长发育提供物质基础。人们根据这一特性，运用各种科学手段，研究植物光和作用的产能变化。为了直接体现，人们提出了植物净初级生产力（NPP）这一概念。所谓植物净初级生产力是指植物在单位时间单位面积上由光合作用产生有机物质总量中扣除自养呼吸后的剩余部分。它是生态系统中物质与能量运转研究的基础，它直接反应植物群落在自然环境条件下的生产力，它在全球C循环C储存和全球变化有着重要的作用。森林生态系统净初级生产力不仅是地球生态系统碳循环的原动力，而且是判定碳汇以及调节生态过程的主要因子。NPP既反映了植物固定和转化光合产物的效率，同时也描述了生态系统可供异养生物消费的有机物质和能量的水平，更是表示植物固定CO2能力的重要指标。森林生态系统是陆地生态系统的主要组成之一，全球森林面积约占陆地总面积30%，碳储量约为陆地生态系统的45%，森林净初级生产力约为陆地生态系统净初级生产力的50%（Bonan, 2008）。因此，研究森林生态系统净初级生产力在全球变化研究中具有重要的意义。
研究目的：本研究的目的就是通过实际的动手实验，利用收集起来的相关数据，进行相关的处理，利用ERDAS工具对遥感影像进行图像拼接、几何校正、去云处理等操作，并提取NDVI值；作为CASA模型的输入参数，以此来实现合理的估算婺源县森林生态系统净初级生产力。2. 国内外研究现状分析
自20世纪60年代的国际地圈与生物圈(IGBP)计划以来，全球及区域NPP的大规模研究得到了很大的发展。在20世纪70代初，德国学者Leith首次估算出全球NPP值(Leith，1975)。30多年以来，NPP研究经历了由站点实测、统计回归及模型估算研究等阶段，逐渐的发展成熟起来，并且呈现出百花齐放的景象目前国内外关于研究植被净初级生产力的模型很多。 在国外的学者中，Ruimy等将这些模型概括为三类，即统计模型，参数模型和过程模型。统计模型也称为气候相关模型，以Miami模型模型、Thornthwaite Memorial等模型为代表。统计模型是利用气候因子来估算植被净初级生产力，因此大部分统计模型估算的结果是潜在植被生产力。在参数模型中植被净初级生产力是由植被吸收的光合有效辐射和光能转化效率两个因子来表示，其中把光能转化效率看成是只取决于植被类型的变量。过程模型是在参数模型的基础上的引申，其中最普遍的处理方式是在参数模型基础上加上温度、水分、及养分等参数。以CASA模型、TEM模型、BIOME-BGC等模型为代表的过程模型则是从植被机理出发而建立的植被净初级生产力的机理模型，因此在大尺度植被净初级生产力的研究和全球C循环研究中被广泛运用。 我国在区域尺度上计算陆地植被净初级生产力起步较晚，但是随着20世纪90年代后期NOAA/AVHRR的NDVI数据集资料的引入，使我国的植被净第一性生产力模型及其估算、分析研究工作得以深入展开,并取得了丰硕的成果。很多学者运用遥感方法对全国植被净初级生产力进行了估算。肖乾广等是较早利用遥感数据计算中国陆地生态系统净初级生产力的学者，他们利用NOAA-AVHRR的累积NDVI与NPP的统计关系估算了中国的NPP，测算结果表明我国陆地的年生物生产总量约为8.27109t（肖乾广等，1996）。Jiang等用3个经典气候-植被生产力模型和基于遥感的简单模型，对中国NPP的空间分布进行了分析估算(Jiang et al.,1999)。该研究显示，与经典回归模型研究结果比较，遥感模型的估算精度略低。孙睿等回顾和分析了国内外陆地植被NPP研究现状，利用基于遥感的光能利用效率模型和地面气候资料对中国陆地NPP做了估算(孙睿等1999)，并对近些年来在植被净初级生产力模型估算及其对气候变化的响应方面的研究进展做了概括性的评述 (孙睿等2001)。朴世龙等先后利用CASA模型对1982-1999年全国NPP及其变化进行估算，并分析了NPP对气候变化的响应(朴世龙等2003)。陈利军利用AVHRR数据进行了生态参数的遥感提取，利用遥感数据驱动的光能利用率模型建立了空间分辨率为8KM的中国NPP定量遥感模型，对中国大陆植被NPP的分布规律进行了分析。结果表明遥感模型能够以面代点，比较真实地反映陆地植被NPP的时空分布状况，与我国植被分布的地理规律性相符，是其它统计模型所无法比拟的（陈利军等，2002）。崔丽林等利用NOAA气象卫星AVHRR NDVI数据，采用GLO-PEM模型模拟了1981-2000年中国陆地净初级生产力、气温、降水以及土地利用，研究了不同季节我国陆地植被NPP的变化, 结果表明1981-2000年期间中国陆地植被四个季节的NPP都呈显著增加趋势，春季是NPP增加速率最快的季节，夏季是NPP增加量最大的季节（崔丽林等，2005）。朱文泉等以CASA模型为基础，将植被覆盖和区域蒸散引入模型，建立了一个净初级生产力遥感估算模型，采用气象卫星NOAA/AVHRR NDVI数据，模拟了1989-1993年中国陆地植被NPP。结果表明，中国在该期间陆地植被NPP平均值为3.12Pg C(1Pg=1015g)（朱文泉等，2007）。侯雨英等采用美国EROS(地球资源观测系统)数据中心Pathfinder数据库提供的8 km分辨率的每月AVHRR/NDVI数据，利用光能利用率模型，分析了中国1982-2000年植被净初级生产力变化的时空格局（侯英雨等，2008）。 |
3. 研究的基本内容与计划
研究内容： 1、研究地区归一化指数即NDVI值的提取。通过erdas软件处理遥感影像，提取NDVI值。 2、建立CASA模型，估算婺源县地区森林生态系统净初级生产量NPP。 3、根据NPP值了解婺源县森林覆盖率的变化 研究计划： 2011年2月~~~3月 收集并查阅相关文献资料，了解国内外森林生态系统净初级生产力研究的基本状况，完成开题报告及文献综述。 2011年3月~~~4月 根据婺源林业局及学校提供的现有资料，进行相应的数据处理并进行整理，通过erdas软件获得NDVI值，进一步建立CASA模型。 2011年5月 完成实验数据的处理分析工作和相关资料的收集整理工作，撰写毕业论文并修改完善。 2011年6月 进行毕业论文答辩工作。 |
4. 研究创新点
本研究利用CASA模型为基础估算婺源县森林净初级生产力时空分布格局。研究的主要创新包括： 1、森林净初级生产力估算光能利用率模型的构建。对光能利用率模型（CASA模型）进行改进，构建适合估算中国亚热带气候、植被特点的模型算法。 2、本研究在植被覆盖分类的基础上估算森林净初级生产力，考虑森林覆盖变化对净初级生产力的影响。 |
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