鄂西北植被固碳效率时空变化及气候响应分析

参赛院校：武汉大学

指导老师：管小彬

队员姓名：周鑫、张时光、刘予芊

作品赏析

自工业革命以来，温室气体的大量排放引发了严重的全球气候变化问题，严重威胁了人类的可持续发展。在目前大范围人工捕捉二氧化碳的手段还不成熟的情况下，植被仍是陆地碳循环最大的自然碳汇。因此，准确认知植被光合固碳能力的时空变化，并且理解其背后的主要响应机制，对于实现双碳目标有重要的科学意义和现实价值。

鄂西北位于湖北省西北部，如图1所示，其地处鄂、豫、陕、渝四省(市)交界，是汉江中游的秦巴山区腹地。鄂西北得天独厚的地理条件使得该区域蕴藏了丰富生物资源、矿产资源、水利资源，尤其是神农架区域蕴藏着全球唯一保存完好的中纬度亚热带原始森林，其森林资源更是对地区乃至全球碳收支的平衡都具有重要的调控作用。

基于以上背景，本作品选取鄂西北地区为研究区，估算出2001-2020年表征植被光合固碳能力的植被总初级生产力（GPP），并结合植被覆盖度数据消除植被面积变化的影响，计算单位面积的植被光合固碳效率（UGPP），研究鄂西北区域植被光合固碳效率时空变化及气候响应分析。

本作品对于理解森林生态系统固碳能力、了解气候变化背景下区域植被生长状况和生物固碳能力具有重要意义，能够为促进生态环境可持续发展和助力“碳达峰、碳中和”目标提供科学支撑。

图 1鄂西北地区区位图

基础数据

本研究中一共获取了矢量数据、遥感数据和气象数据三种类型数据，其中，矢量数据用来提取研究区在影像上的地理位置，遥感数据用于反演GPP及UGPP的计算与时空动态变化分析，气象数据用来计算研究区UGPP与气象因子的相关性与显著性，具体信息见表-1。

表- 1 数据信息表

分析过程

本作品围绕“鄂西北区域植被光合固碳效率时空变化及气候响应分析”主题展开研究，总体分析设计思路如下

图 2 技术路线图

1.植被固碳效率UGPP计算

植被总初级生产力的计算与验证

基于RTL—LUE模型，利用MATLAB，反演计算出鄂西北地区2001-2020年8天时间尺度下植被总初级生产力。

图 3 RTL-LUE反演模型

得到反演结果后，对比结果与MODIS_GPP产品的时空一致性，进行精度验证。对于8天时间尺度，利用MATLAB分别计算幅栅格数据平均值，以两组数据画出散点图，并计算出图像趋势线公式与R²，查看二者相关性；对于20年时间尺度，用MATLAB分别计算反演结果与产品数据20年间每年的平均栅格值，并计算出二者间决定系数（R²）、均方根误差（E_RMS）和偏差（Bias），验证精确度。