一种快速反演湿地植被初级生产力的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生态领域，尤其涉及一种快速反演湿地植被初级生产力的方法。
【背景技术】
[0002]湿地是介于陆域和水域之间的生态缓冲区域，具有抗风保滩、涵养水源、净化水质、调节气候、保持生物多样性、固定CO2等生态系统服务功能及价值，对于生态系统的稳定与健康起着极为关键的作用。近年来，在国家的推动下，各级地方政府对湿地生态保护和恢复工作日益重视，在一些地方开展了具有示范意义的工程项目。就管理部门而言，对现状湿地生态系统服务价值进行科学评估是开展湿地保护和恢复的前提基础。湿地植被初级生产力与湿地生态系统的固碳能力密切相关，同时也侧面反映了现状湿地对环境的适应性以及抗干扰潜力，是开展湿地生态系统服务价值评估的关键指标之一。
[0003]湿地初级生产力主要测定方法有样地清查法，涡度相关技术和模型模拟法。样地清查法一般是定期将所测植物收割下来并对他们进行烘干称重，这种方法费力且破坏性大;涡度相关技术主要通过测定植被上方垂直风速和碳水浓度梯度等计算出生态系统吸收和固定的C02，但该技术仅对特定“足迹范围(Foot print)”内的初级生产力进行监测，且一般仅适用于地形平坦且下垫面植被均一的地区；应用较多的卫星遥感技术则基于光能利用率模型，即通过遥感数据解析区域植被覆盖数据，进而估算初级生产力，然而低时空分辨率的遥感数据往往降低了估算的精确性。
[0004]因此，发明一种能够快速反演湿地植被初级生产力的方法对于湿地生态系统监测和湿地生态修复功能评估具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0005]本发明提出了一种快速反演湿地植被初级生产力的方法，包括以下步骤:
[0006]步骤一:同步观测植被指数与涡度数据，确定NDVI植被指数、气象数据与涡度GPP的函数关系，构建初级生产力反演模型；
[0007]步骤二:获取潮间带湿地NDVI指数空间分布数据;并根据所述函数关系，结合气象数据快速反演飞行样带的初级生产力及其空间分布情况。
[0008]本发明提出的所述快速反演湿地植被初级生产力的方法中，将红外相机安装在涡度碳水通量塔上，以同步观测植被指数与涡度数据。
[0009]本发明提出的所述快速反演湿地植被初级生产力的方法中，将红外相机搭载在无人飞行器上飞行，以获取潮间带湿地NDVI指数空间分布数据。
[0010]本发明提出的所述快速反演湿地植被初级生产力的方法中，所述红外相机的CMOS传感器精度不小于3.2兆象素，能够捕获波长大于520nm的可见光和920nm的近红外光线。
[0011]本发明提出的所述快速反演湿地植被初级生产力的方法中，在所述红外相机的镜头前固定参照白板，以用于消除日照变化对植被指数的影响。
[0012]本发明提出的所述快速反演湿地植被初级生产力的方法中，所述参照白板为聚四氯乙烯材质白板。
[0013]本发明提出的所述快速反演湿地植被初级生产力的方法中，所述红外相机外进一步设有用于防水防高光照射的相机袋。
[0014]本发明提出的所述快速反演湿地植被初级生产力的方法中，所述无人飞行器为四旋翼无人飞行器，航速20-40km/h，最大飞行时间30min，无人机平台稳定度达到0.1度/s，导航精度在5m以内，载重2 lkg。
[0015]本发明提出的所述快速反演湿地植被初级生产力的方法中，所述初级生产力反演模型以如下式(I)表示:
[0016]GPP = APARX LUE = PARXFPARX LUE = PARX (aXNDV1-b) X e|T°pt—T|x|RH%°pt—RH%I XLUE； (I)
[0017]式(I)中，APAR表不植被吸收光合有效福射,PAR表不光合有效福射，FPAR表不植被对光合有效辐射的吸收比例，LUE表示光能利用效率，a、b为植被光吸收矫正系数，T表示温度，冊％表示水分条件，NDVI表示归一化植被指数，Topt表示一年内NDVI达到最大值时的日平均空气温度，RH%opt表示一年内NDVI达到最大值时的日平均空气湿度。
[0018]本发明中，NDVI植被指数是指归一化植被指数(Normal ized DifferenceVegetat1n Index);气象数据是指光照强度，空气温度，空气湿度等影响植被生理生长特性的气象因子；涡度GPP是指由涡度相关技术估算得到的植被总初级生产力(grossprimary productivity ,GPP);初级生产力反演模型是指基于相机NDVI和气象数据与祸度GPP的函数关系，从而估算植被初级生产力的模型。
[0019]本发明的有益效果在于:本发明方法操作对湿地生态系统无破环性且省时省力，能够提供高时空分辨率的湿地地表植被指数，易于快速评估大尺度区域内湿地植被的初级生产力，且针对性强。利用无人机提供了一个移动平台，能够快速反演不同植被类型或不同区域内的初级生产力，得到湿地NDVI空间分布图。
【附图说明】
[0020]图1为本发明快速反演湿地植被初级生产力的方法的流程图。
[0021]图2为实施例中实现本发明方法的示意图。
[0022]图3为设置在通量塔上的红外相机的示意图。
【具体实施方式】
[0023]结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
[0024]本发明快速反演湿地植被初级生产力的方法包括如下步骤:
[0025](I)将红外相机放置于防水防强光照射的专用相机密封袋中，红外相机的镜头前需固定一块参照白板，以用于消除日照变化对植被指数的影响。然后将红外相机安装在湿地生态系统定位站的涡度通量塔上，实现归一化植被指数与涡度GPP同步观测。
[0026](2)应用相关图像分析软件提取拍摄的红外图像的光谱信息并计算归一化植被指数，结合通量塔上实时观测的气象数据(光照，空气温度，空气湿度等等)，建立相机NDV1、气象数据与涡度GPP的函数关系，构建初级生产力反演模型。该初级生产力反演模型如以下式
(I)所示:
[0027]GPP = APARX LUE = PARXFPARX LUE = PARX (aXNDV1-b) X e|Topt—T|x|RH%opt—RH%I XLUE； (I)
[0028]式(I)中，APAR表不植被吸收光合有效福射(AbsorbedPhotosynthetic ActiveRadiat1n,APAR)，APAR = PARXFPAR,PAR表不光合有效福射Photosynthetic ActiveRadiat1n,PAR)，FPAR表示植被对光合有效福射的吸收比例(Fract1nal PhotosyntheticActive Radiat1n，FPAR); LUE表不光能