基于遥感-TEM优化模型的中纬度湿地生态系统碳循环方法研究

It plays an important role for wetland ecosystem in the global carbon cycle, and has a huge impact on global climate change. It is the focus of global change and the global carbon cycle for scientific estimating wetland spatial and temporal pattern change and its impact on wetland ecosystem carbon pools, due to the complexity of its structure and function, heterogeneity of time and space, and vulnerability to human activities. With the support of RS, GIS, fractal geometry and landscape ecology method, the objects of this project are, therefore, (1) to research the spatial and temporal pattern of change for natural wetlands of Jianghan Plain in 1985, 1995 and 2005; (2) to establish the methodology based on field .observation data- - RS-TEM- - GIS for natural wetland ecosystem carbon cycle of Jianghan Plain, by ecological environment characteristics, the surface flux, and NPP data from remote sensing model of Jianghan Plain; (3) to simulate and estimate different types wetland ecosystem carbon budget of the Jianghan Plain; (4) to quantitatively analyze of the spatial and temporal pattern of wetland carbon cycle characteristics and their source/sink strength for 20 years of the Jianghan Plain, and (5) to reveal the law of the natural wetland spatial and temporal structural changes and their affecting on regional wetland ecosystem carbon cycle in the mid-latitude region. The results will be as a foundation for quantitative research on wetland ecosystem carbon cycle to global change in the mid-latitude of China.

湿地生态系统在全球碳循环中起重要作用，并对全球气候变化影响巨大，然而，由于其结构与功能复杂、时间与空间异质性强，且易受人类活动影响，因此，科学估算湿地时空格局变化及其对区域湿地生态系统碳库的影响是当前全球变化与全球碳循环研究的重点内容。本项目以江汉平原自然湿地生态系统为研究对象，利用RS、GIS、分形几何学及景观生态学方法研究江汉平原湿地1985、1995及2005年的时空格局变化，并根据江汉平原的生态环境特征、地面通量、及遥感模型估算NPP等数据，建立基于野外观测数据-遥感模型-陆地生态模型TEM-GIS空间分析相结合的区域碳循环方法体系，模拟与估算江汉平原不同类型湿地生态系统的碳收支，定量分析20年来江汉平原湿地生态系统碳循环的特征及其源/汇强度时空格局，揭示中纬度区域湿地时空结构变化及其对区域碳循环影响的规律，为我国中纬度区域开展湿地生态系统碳循环影响全球气候变化定量化研究奠定基础。

湿地生态系统在全球碳循环中起重要作用，并对全球气候变化影响巨大，然而，由于其结构与功能复杂、时间与空间异质性强，且易受人类活动影响，因此，科学估算湿地时空格局变化及其对区域湿地生态系统碳库的影响是当前全球变化与全球碳循环研究的重点内容。项目组以武汉城市湿地、江汉平原生态系统以及中国自然湿地为研究对象，利用RS、GIS、分形几何学及景观生态学方法对其时空格局变化与影响因素进行了系统的分析研究。具体包括：（1）运用景观生态学的理论与方法，定量研究武汉城市湿地景观的特征、分布格局及变化过程，探索其时空演化特征与驱动机制。结果表明：1987-2005年，武汉城市湿地总面积减少了137.50km2，其中自然湿地面积减少了281.87km2，相反，人工湿地面积增加了144.37km2；武汉城市湿地景观的多样性减小，均匀度降低，优势度增大，说明武汉城市湿地景观趋于同化；水库坑塘湿地的破碎度最大，说明水库坑塘湿地受人类活动的影响最大；武汉气候的变暖与趋干、人口的快速增长、经济的快速发展以及快速城市化导致武汉城市湿地景观格局的变化。（2）估算了2010年江汉平原生态系统NPP，定量分析其时空变化特征及影响因素，并研究江汉平原土地利用/土地覆盖变化对NPP的影响；结果表明：2010年江汉平原净初级生产力总量为33.785TgC；耕地是江汉平原NPP的主要构成部分，其NPP总量为20.694TgC，占整个江汉平原总值的61.25％；江汉平原长江以南地区由于年降水量比较大，NPP主要胁迫于太阳辐射，而长江以北以及研究区的西北地区，NPP受水分条件的胁迫比较大。（3）利用TEM模型模拟与估算了中国陆地1995-2005年自然湿地CH4排放，同时，对影响因素做了相关分析，结果表明，中国陆地自然湿地CH4排放量为7.48Tg/yr，其中CH4排放主要分布在中国西北和青藏高原区域，约占全国总排量68％；湖泊湿地、沼泽/泛洪平原湿地、季节性湿地三类湿地是中国区域自然湿地主要的CH4排放源，占全国总排放的65％；中国区域CH4排放主要集中在6、7、8三月，其中7月排放达到最大；CH4排放与土壤温度有较大相关，其次是与气压有一定相关性，但与降水和气温相关性较小，其中土壤温度是控制CH4排放的关键因素。这些研究将对深刻理解和研究中纬度区域陆地碳循环以及中国的气候变化研究具有重要的意义。