CN112016837A - 一种基于气象数据的温带草原生长季末期枯落物量化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于气象数据的温带草原生长季末期枯落物量化方法,包括以下步骤:S1、获取温带草原待量化位置的地理信息;S2、根据S1获取的地理信息,确定待量化位置的温带草原植被类型;S3、根据S1获取的地理信息和S2确定的所述温带草原植被类型,获取待量化位置研究年份的气象参数;S4、根据S3获取的所述气象参数,计算待量化位置研究年份生长季末期枯落物量。本发明利用温带草原待量化位置的地理信息、草原植被类型、气象数据实现了对温带草原生长季末期枯落物准确、快速、高效量化,该方法简便易行,同时本发明不受时间、空间尺度的限制。
Description
技术领域
本发明涉及温带草原生长季末期枯落物量估算领域,特别是涉及一种基于气象数据的温带草原生长季末期枯落物量化方法
背景技术
枯落物是温带草原生产力的重要组成,是联结生态系统地上与地下生态过程的关键媒介,直接影响生态系统碳、氮循环和能量流动。枯落物的生产与分解是温带草原生态系统最为关键的生态过程之一,是控制群落结构与生态系统功能的关键而复杂的因素之一。枯落物是温带草原群落结构的主要组成,是牲畜采食的重要饲草资源,在温带草原生态系统中具有更为重要的意义。非光合植被不仅是温带草原生态系统物质循环、能量流动和信息传递过程中不可或缺的关键环节,而且在阻抑土壤侵蚀、涵养水源、促进土壤发育等方面具有极其重要的作用。综上所述,准确估算温带草原生长季末期枯落物量具有非常重要的意义。
目前,估算温带草原生长季末期枯落物量的方法主要有两种:一种是传统的实地采样法,这种方法具有较高的精度,但仅适用于小区域尺度研究,费时、费力、费钱,且局限性较大;另一种是基于遥感技术的估算方法,遥感技术的发展为温带草原生长季末期枯落物量估算提供了新的技术手段,尤其为大范围快速、准确估算提供了可能,但是由于绿色植物与枯落物的光谱差异,严重制约了遥感估算温带草原生长季末期枯落物量的精度。其主要原因是,遥感技术估算枯落物量主要依赖于短波红外2100nm附近波段的吸收特征,短波红外波段同时又是水吸收的主要波段,绿色植物较高的含水量减弱了2100nm附近波段的吸收特征,降低了遥感估算枯落物量的精度。
因此,在温带草原枯落物量日益得到关注与重视的大背景下,亟需发明一种准确、快速、高效估算温带草原生长季末期枯落物量的标准方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于气象数据的温带草原生长季末期枯落物量化方法,以解决上述现有技术存在的问题,使温带草原生长季末期枯落物量根据当地气象情况进行估算,实现了对枯落物量准确、快速、高效的估算。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:本发明提供一种基于气象数据的温带草原生长季末期枯落物量化方法,包括以下步骤:
S1、获取温带草原待量化位置的地理信息;
S2、根据S1获取的地理信息,获取待量化位置的温带草原植被类型;
S3、根据S1获取的地理信息与S2获取的所述温带草原植被类型,获取待量化位置研究年份的气象参数;
S4、根据S3获取的所述气象参数,计算待量化位置研究年份生长季末期枯落物量。
优选的,所述步骤S1中的地理信息包括经度信息和纬度信息。
优选的,所述步骤S2中的温带草原植被类型包括温带草甸草原、温带典型草原和温带荒漠草原。
优选的,所述步骤S3中的气象参数包括温度和降水量。
优选的,所述步骤S4中计算待量化位置生长季末期枯落物量包括以下子步骤:
根据S3获取的所述气象参数,基于降水量计算待量化位置研究年份生长季末期枯落物量Y1;
根据S3获取的所述气象参数,基于温度计算待量化位置研究年份生长季末期枯落物量Y2;
根据S3获取的所述气象参数,基于降水量和温度计算待量化位置研究年份生长季末期枯落物量Y3;
根据Y1、Y2、Y3,计算待量化位置研究年份生长季末期枯落物量Y。
优选的,根据所述待量化位置的温带草原植被类型计算所述基于降水量待量化位置生长季末期枯落物量Y1、基于温度待量化位置生长季末期枯落物量Y2、基于降水量和温度待量化位置生长季末期枯落物量Y3。
本发明公开了以下技术效果:
本发明在确定研究位置温带草原植被类型的基础上,结合研究位置的地理信息,获取研究位置的气象参数,通过计算基于降水量、温度以及降水量与温度组合的研究位置研究年份生长季末期枯落物量,实现了对研究位置研究年份生长季末期枯落物准确、快速、高效量化,该方法简便易行;同时,本发明方法不受时间、空间尺度的限制,能够适用于任何时间、空间尺度温带草原生长季末期枯落物的量化;与传统的地面采样方法相比,本发明提出的方法省时、省力、省钱,与基于遥感技术的方法相比,克服了较高植被含水量降低遥感估算精度的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于气象数据的温带草原生长季末期枯落物量化方法流程示意图;
图2为本发明实施例中锡林郭勒草原2000-2014年多年平均生长季末期枯落物量示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种基于气象数据的温带草原生长季末期枯落物量化方法,包括以下步骤:
S1、获取温带草原待量化位置的地理信息;
S2、根据S1获取的地理信息,确定待量化位置的温带草原植被类型;
S3、根据S1获取的地理信息与S2确定的所述温带草原植被类型,获取待量化位置研究年份的气象参数;
S4、根据S3获取的所述气象参数,计算待量化位置研究年份生长季末期枯落物量。
本实施例以锡林郭勒草原为例,对基于气象数据的温带草原生长季末期枯落物量化方法进行详细说明。锡林郭勒草原是国家级草原自然保护区,是我国北方地区重要的生态屏障,在全球的温带草原中具有代表性和典型性。锡林郭勒草原包括温带草甸草原、温带典型草原、温带荒漠草原等草原类型,且保存较为完好、生物多样性丰富。本实施例采用的是锡林郭勒草原2000-2014年生长季末期枯落物量作为计算目标进行计算,具体过程如下:
S1、获取锡林郭勒草原栅格单元的地理信息
将锡林郭勒草原区域划分为10km×10km的栅格单元后,利用锡林郭勒草原区域的坐标系统,获取锡林郭勒草原所有栅格单元(10km×10km)的地理信息,包括经度信息和纬度信息;
S2、确定锡林郭勒草原栅格单元的草原植被类型
锡林郭勒草原主要包括温带草甸草原、温带典型草原、温带荒漠草原等3种类型。在步骤S1获取锡林郭勒草原栅格单元地理信息的基础上,根据锡林郭勒草原区域植被图,确定锡林郭勒草原每个栅格单元的草原植被类型,即判断每个栅格单元属于温带草甸草原、温带典型草原、温带荒漠草原中的具体草原植被类型;
S3、获取锡林郭勒草原栅格单元研究年份的气象参数
在步骤S1获取锡林郭勒草原栅格单元地理信息的基础上,依据步骤S2确定的栅格单元草原植被类型,获取所有栅格单元2000-2014年的气象参数。如果栅格单元属于温带草甸草原,获取该栅格单元2000-2014年5-9月降水量(mm)与1-9月平均温度(℃),如果栅格单元属于温带典型草原,获取该栅格单元2000-2014年1-9月降水量(mm)与5-9月平均温度(℃),如果栅格单元属于温带荒漠草原,获取该栅格单元2000-2014年1-9月降水量(mm)与1-9月平均温度(℃);
S4、根据降水量,计算基于降水的锡林郭勒草原栅格单元研究年份生长季末期枯落物量
依据步骤S3获取的所有栅格单元2000-2014年气象参数中的降水量,以及栅格单元所属于的草原植被类型,计算基于降水的锡林郭勒草原栅格单元2000-2014年生长季末期枯落物量。
如果栅格单元属于温带草甸草原,基于降水量的生长季末期枯落物量Y1(g/m2)计算公式如下:
Y1=0.16×P1+60.84 (1)
式(1)中,P1为温带草甸草原栅格单元5-9月降水量(mm)。
如果栅格单元属于温带典型草原,基于降水量的生长季末期枯落物量Y1(g/m2)计算公式如下:
Y1=0.16×P2+35.46 (2)
式(2)中,P2为温带典型草原栅格单元1-9月降水量(mm)。
如果栅格单元属于温带荒漠草原,基于降水量的生长季末期枯落物量Y1(g/m2)计算公式如下:
Y1=0.1×P3+18.52 (3)
式(3)中,P3为温带荒漠草原栅格单元1-9月降水量(mm);
S5、根据温度,计算基于温度的锡林郭勒草原栅格单元研究年份生长季末期枯落物量
依据步骤S3获取的所有栅格单元2000-2014年气象参数中的温度数据,以及栅格单元所属于的草原植被类型,计算基于温度的锡林郭勒草原栅格单元2000-2014年生长季末期枯落物量。
如果栅格单元属于温带草甸草原,基于温度的生长季末期枯落物量Y2(g/m2)计算公式如下:
Y2=-7.16×T1+147.4 (4)
式(4)中,T1为温带草甸草原栅格单元1-9月平均温度(℃)。
如果栅格单元属于温带典型草原,基于温度的生长季末期枯落物量Y2(g/m2)计算公式如下:
Y2=-8.43×T2+221.31 (5)
式(5)中,T2为温带典型草原栅格单元5-9月平均温度(℃)。
如果栅格单元属于温带荒漠草原,基于温度的生长季末期枯落物量Y2(g/m2)计算公式如下:
Y2=-1.88×T3+48.24 (6)
式(6)中,T3为温带荒漠草原栅格单元1-9月平均温度(℃);
S6、计算基于降水和温度的锡林郭勒草原栅格单元研究年份生长季末期枯落物量
依据步骤S3获取的所有栅格单元2000-2014年气象参数,以及栅格单元所属于的草原植被类型,计算基于降水和温度的锡林郭勒草原栅格单元2000-2014年生长季末期枯落物量。
如果栅格单元属于温带草甸草原,基于降水和温度的生长季末期枯落物量Y3(g/m2)计算公式如下:
Y3=0.12×P1-3.67×T1+93.34 (7)
式(7)中,P1为温带草甸草原栅格单元5-9月降水量(mm),T1为温带草甸草原栅格单元1-9月平均温度(℃)。
如果栅格单元属于温带典型草原,基于降水和温度的生长季末期枯落物量Y3(g/m2)计算公式如下:
Y3=0.14×P2-2.2×T2+77.53 (8)
式(8)中,P2为温带典型草原栅格单元1-9月降水量(mm),T2为温带典型草原栅格单元5-9月平均温度(℃)。
如果栅格单元属于温带荒漠草原,基于降水和温度的生长季末期枯落物量Y3(g/m2)计算公式如下:
Y3=0.09×P3-0.28×T3+21.34 (9)
式(9)中,P3为温带荒漠草原栅格单元1-9月降水量(mm),T3为温带荒漠草原栅格单元1-9月平均温度(℃);
S7、确定锡林郭勒草原栅格单元研究年份生长季末期的枯落物量
在步骤S4、S5、S6分别计算基于降水、温度、降水和温度的锡林郭勒草原所有栅格单元2000-2014年生长季末期枯落物量的基础上,确定锡林郭勒草原所有栅格单元2000-2014年生长季末期的枯落物量,公式如下:
式中,Y为确定的锡林郭勒草原栅格单元2000-2014年生长季末期枯落物量,Y1为基于降水的锡林郭勒草原栅格单元2000-2014年生长季末期枯落物量,Y2为基于温度的锡林郭勒草原栅格单元2000-2014年生长季末期枯落物量,Y3为基于降水和温度的锡林郭勒草原栅格单元2000-2014年生长季末期枯落物量。
在上述计算的基础上,得到了锡林郭勒草原栅格单元2000-2014年多年平均生长季末期枯落物量,如图2所示。
S8、确定锡林郭勒草原研究年份生长季末期的枯落物总量
在步骤7确定锡林郭勒草原栅格单元研究年份生长季末期枯落物量的基础上,将每个栅格单元的生长季末期枯落物量多年平均值乘以栅格单元的面积,得到每个栅格单元枯落物总量的多年平均值,再将所有栅格单元的枯落物总量多年平均值累加,得到了锡林郭勒草原2000-2014年生长季末期枯落物总量多年平均值。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于气象数据的温带草原生长季末期枯落物量化方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1、获取温带草原待量化位置的地理信息;
S2、根据S1获取的地理信息,获取待量化位置的温带草原植被类型;
S3、根据S1获取的地理信息和S2获取的所述温带草原植被类型,获取待量化位置研究年份的气象参数;
S4、根据S3获取的所述气象参数,计算待量化位置研究年份生长季末期枯落物量。
2.根据权利要求1所述的基于气象数据的温带草原生长季末期枯落物量化方法,其特征在于:所述步骤S1中的地理信息包括经度信息和纬度信息。
3.根据权利要求1所述的基于气象数据的温带草原生长季末期枯落物量化方法,其特征在于:所述步骤S2中的温带草原植被类型包括温带草甸草原、温带典型草原和温带荒漠草原。
4.根据权利要求1所述的基于气象数据的温带草原生长季末期枯落物量化方法,其特征在于:所述步骤S3中的气象参数包括温度和降水量。
5.根据权利要求4所述的基于气象数据的温带草原生长季末期枯落物量化方法,其特征在于:所述步骤S4中计算待量化位置生长季末期枯落物量包括以下子步骤:
根据S3获取的所述气象参数,基于降水量计算待量化位置研究年份生长季末期枯落物量Y1;
根据S3获取的所述气象参数,基于温度计算待量化位置研究年份生长季末期枯落物量Y2;
根据S3获取的所述气象参数,基于降水量和温度计算待量化位置研究年份生长季末期枯落物量Y3;
根据Y1、Y2、Y3,计算待量化位置研究年份生长季末期枯落物量Y。
6.根据权利要求5所述的基于气象数据的温带草原生长季末期枯落物量化方法,其特征在于:根据所述待量化位置的温带草原植被类型计算所述基于降水量待量化位置生长季末期枯落物量Y1、所述基于温度待量化位置生长季末期枯落物量Y2、所述基于降水量和温度待量化位置生长季末期枯落物量Y3。
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曹正奇: "锡林郭勒盟2000_2017年产草量时空特征及草畜平衡分析", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 * |
荀其蕾: "基于MODIS和气象数据的新疆草地地上生物量估测模型研究", 《中国博士学位论文全文数据库》 * |
高迪: "六盘山华北落叶松林枯落物时空特征变化及其水文效应", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 * |
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