本發(fā)明涉及一種生態(tài)補(bǔ)償量的測(cè)量方法，尤其涉及一種通過(guò)有限遙感數(shù)據(jù)測(cè)量不同植被類型生態(tài)補(bǔ)償量的方法。

背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，人類一直從自然生態(tài)系統(tǒng)及其生境中獲得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品，來(lái)滿足自身發(fā)展的需要，而漠視系統(tǒng)本身的生態(tài)服務(wù)功能和自然承載力，結(jié)果造成生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的喪失及其生境的惡化，突出表現(xiàn)在系統(tǒng)生產(chǎn)力下降、生物多樣性降低、環(huán)境的退化；特別是全球變化的自然因素與人類活動(dòng)的負(fù)面效應(yīng)耦合在一起，更加劇了生態(tài)系統(tǒng)及其生境負(fù)荷，使生態(tài)系統(tǒng)變得更加脆弱。世界各國(guó)學(xué)者開(kāi)始從不同角度對(duì)生態(tài)系統(tǒng)與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系進(jìn)行研究，以求實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)與自然生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。人們也越來(lái)越傾向于用經(jīng)濟(jì)手段對(duì)人類的生產(chǎn)、生活行為進(jìn)行調(diào)控，因而受到了人們的普遍關(guān)注和青睞，生態(tài)補(bǔ)償作為聯(lián)系自然環(huán)境與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的橋梁，已成為當(dāng)代科學(xué)研究的的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題之一。但如何針對(duì)不同類型的植被進(jìn)行科學(xué)的生態(tài)補(bǔ)償值的測(cè)量，尚是空白。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種基于遙感影像測(cè)量生態(tài)補(bǔ)償量的方法，其通過(guò)有限遙感數(shù)據(jù)即可大致測(cè)量出不同植被類型生態(tài)補(bǔ)償量。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于遙感影像測(cè)量生態(tài)補(bǔ)償量的方法，其步驟包括：1)在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，結(jié)合所獲得的遙感影像數(shù)據(jù)和氣象站點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，分別調(diào)查勘驗(yàn)針對(duì)所述目標(biāo)區(qū)域的光合有效輻射指數(shù)、實(shí)際光能利用率指數(shù)；2)將光合有效輻射指數(shù)、實(shí)際光能利用率指數(shù)輸入凈初級(jí)生產(chǎn)力NPP參數(shù)估算模型，從而構(gòu)建估算區(qū)域植被凈生產(chǎn)力模型CASA進(jìn)行凈初級(jí)生產(chǎn)力估算，其中，NPP參數(shù)估算模型為：NPP＝APAR(x，t)×ε(x，t)，式中，APAR(x，t)為像元x在t月所吸收的光合有效輻射，ε(x，t)為像元x在t月實(shí)際光能利用率；3)通過(guò)數(shù)據(jù)提取模塊提取NPP參數(shù)估算模塊中的NPP參數(shù)，輸入?yún)^(qū)域景觀價(jià)值估算模塊按照區(qū)域景觀價(jià)值估算模型進(jìn)行估算，區(qū)域景觀價(jià)值估算模型為：式中，Wnppj為目標(biāo)區(qū)域不同植被類型年凈初級(jí)生產(chǎn)力，P為標(biāo)煤的市場(chǎng)價(jià)格，所得即為測(cè)量區(qū)植被類型生態(tài)補(bǔ)償量的值。采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果為：操作簡(jiǎn)便，所得測(cè)量數(shù)據(jù)可靠。一方面通過(guò)估算不同區(qū)域不同植被類型的凈初級(jí)生產(chǎn)力，能綜合反映反映了植物固定和轉(zhuǎn)化光合產(chǎn)物的效率，以及其受氣候、土壤、植物特性及其它自然和人為因素的影響，以此為基礎(chǔ)再應(yīng)用CASA模型從而能較準(zhǔn)確地模擬目標(biāo)區(qū)域不同植被凈初級(jí)生產(chǎn)力，并以此反演出不同植被的單位生態(tài)補(bǔ)償價(jià)值，更可靠。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例：一種基于遙感影像測(cè)量生態(tài)補(bǔ)償量的方法，其步驟包括：1)在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，結(jié)合所獲得的遙感影像數(shù)據(jù)和氣象站點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，分別調(diào)查勘驗(yàn)針對(duì)所述目標(biāo)區(qū)域的光合有效輻射指數(shù)、實(shí)際光能利用率指數(shù)；2)輸入NPP參數(shù)估算模塊，構(gòu)建CASA模型進(jìn)行凈初級(jí)生產(chǎn)力估算，估算模型為：，式中，APAR(x，t)為像元x在t月所吸收的光合有效輻射，ε(x，t)為像元x在t月實(shí)際光能利用率；3)通過(guò)數(shù)據(jù)提取模塊提取NPP參數(shù)估算模塊中的NPP參數(shù)，輸入?yún)^(qū)域景觀價(jià)值估算模塊按照區(qū)域景觀價(jià)值估算模型進(jìn)行估算，區(qū)域景觀價(jià)值估算模型為：Vj＝××P×10-6，式中，Wnppj為目標(biāo)區(qū)域不同植被類型年凈初級(jí)生產(chǎn)力，P為標(biāo)煤的市場(chǎng)價(jià)格，所得即為測(cè)量區(qū)植被類型生態(tài)補(bǔ)償量的值。其中：野外調(diào)查數(shù)據(jù)：生物量(用于驗(yàn)證模擬的npp數(shù)據(jù))；氣象數(shù)據(jù)：青海湖流域及其周邊地區(qū)12個(gè)氣象站點(diǎn)的月均溫(℃)，使用ArcGIS9.3中的IDW(InverseDistanceWeighting)進(jìn)行插值。3.影像數(shù)據(jù)：MOD15A2(1000m×1000m)2007年2月-12月8天最大合成數(shù)據(jù)，用于提取APARMOD09A1(500m×500m)2007年2月-12月8天最大合成地表反射率數(shù)據(jù)，其中包括MODIS1-2波段(500m×500m)，以及3-7波段(500m×500m)用于提取LISW。MOD17A3(1000m×1000m)2006年NPP數(shù)據(jù)產(chǎn)品(驗(yàn)證反演數(shù)據(jù))。DEM數(shù)據(jù)，分辨率為90m×90m，使用ArcGIS9.3的SolarRadiation模塊用于提取研究區(qū)太陽(yáng)輻射(MJ/m2)空間數(shù)據(jù)。計(jì)算過(guò)程為：CASA模型中NPP估算是植被所吸收的光合有效輻射(AbsorbedPhotosynthesisActiveRadiation，APAR)與光能轉(zhuǎn)化率(ε)的函數(shù)。NPP＝APAR(x，t)×ε(x，t)式中，APAR(x，t)為像元x在t月所吸收的光合有效輻射(gc/m2·m)，ε(x，t)表示像元x在t月實(shí)際光能利用率(gc/MJ)。APAR＝SOL(x，t)×FPAR(x，t)×0.5式中，SOL(x，t)為像元x在t月的太陽(yáng)總輻射量(MJ/m2·m)；FPAR(x，t)為植被層吸收入射光合有效輻射(PhotosyntheticallyAvailableRadiation，PAR)的比例；常數(shù)0.5表示植被所能利用的太陽(yáng)有效輻射(波長(zhǎng)0.4～0.7μm)占太陽(yáng)總輻射的比例。ε＝Tε1(x，t)×Tε2(x，t)×Wε(x，t)×ε*式中，Tε1(x，t)和Tε2(x，t)是光能利用率低溫和高溫脅迫因子，Tε1(x，t)反映在低溫和高溫時(shí)植物內(nèi)在生化作用對(duì)光合的限制。Tε2(x，t)反映環(huán)境溫度向高溫或低溫轉(zhuǎn)變時(shí)植物光能利用率降低的趨勢(shì)。在偏離最適溫度的條件下，高溫與低溫植被光能利用率也會(huì)降低。Wε(x，t)為水分脅迫影響系數(shù)，ε*是理想條件下的最大光能利用率(gc/MJ)，本文取CASA模型最大光能利用率0.389gc/MJ與Running等人根據(jù)生理生態(tài)過(guò)程模型BIOME-BGC得到草地的ε*為0.608gC/MJ均值0.4475gc/MJ為模型反演的最大光能利用率。Tε1(x，t)＝0.8+0.02×Topt(x)-0.0005×[Topt(x)]2式中，Topt(x)是植物生長(zhǎng)的最適溫度，即某區(qū)域年內(nèi)NDVI值達(dá)到最高時(shí)的當(dāng)月平均氣溫(℃)，當(dāng)月平均溫度小于或等于-10℃時(shí)，Tε1(x，t)取0。式中，T(x，t)為像元x在t月月平均氣溫，當(dāng)某一月平均溫度T(x，t)比最適溫度Topt(x)高10℃或低13℃時(shí)，該月的Tε2(x，t)值等于月平均溫度T(x，t)為最適溫度Topt(x)時(shí)Tε2(x，t)值的一半。Wε(x，t)為水分脅迫影響系數(shù)，反映植物所能利用的有效水分條件對(duì)光能轉(zhuǎn)化率的影響。傳統(tǒng)方法中該系數(shù)一般為土壤濕度或地表實(shí)際蒸散的函數(shù)，其局限性在于空間降水和土壤質(zhì)地?cái)?shù)據(jù)的空間異質(zhì)性表達(dá)。地表濕潤(rùn)指數(shù)(LandSurfaceWaterIndex，LSWI)是新發(fā)展的遙感反演地表濕潤(rùn)指數(shù)方法，該方法空間異質(zhì)性表現(xiàn)較好，能夠從時(shí)空尺度上較準(zhǔn)確地反映地表的濕潤(rùn)狀況，從而能更準(zhǔn)確地計(jì)算影響生產(chǎn)力形成的濕度控制因子。式中，LSWI(x，t)表示t月在像元x處的近紅外波段(ρnir)和短波紅外波段(ρswir)的歸一化指數(shù)，在MODIS影像中ρnir和ρswir的波段范圍分別為841-875nm和1628-1652nm。LSWImax是每個(gè)象元中全年最大的地表濕潤(rùn)度指數(shù)。LSWI的取值范圍在-1-1之間，Wε的取值范圍在0-1之間。以青海海流域?yàn)槔呵嗪：饔蛭挥谇嗪Ｊ|北部，介于36°15′～38°20′N，97°50′～101°22′E。是一個(gè)四周環(huán)山封閉式內(nèi)陸盆地，面積29660km2，海拔范圍3194m～5174m，氣候?qū)俑咴箨懶詺夂?，年均溫度?0.80℃～1.10℃之間，年降水量在412.80mm～324.50mm之間，年蒸發(fā)量達(dá)1502mm，降水的季節(jié)變化明顯，大多集中在5～9月份且雨熱同季[21]。主要土壤類型有高山草甸土、高山草原土、高山寒漠土、沼澤土、風(fēng)沙土等；主要植被類型有高寒草甸、溫性草原、高寒稀疏植被、灌木、沼澤和耕地。植被信息提?。簠⒖紘?guó)家土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)(GB/T21010-2007)及青海湖流域的土地利用特征，將青海湖流域劃分：①城鄉(xiāng)、居民用地(簡(jiǎn)稱居民地)、②耕地、③灌叢、④高寒草甸、高寒草原(簡(jiǎn)稱草地)⑤湖泊濕地、沼澤濕地(簡(jiǎn)稱濕地)⑥湖泊、河流(簡(jiǎn)稱水域)⑦裸巖冰川沙地及永久積雪(簡(jiǎn)稱裸巖冰川沙地)等7個(gè)一級(jí)景觀類型。另外，為研究生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，根據(jù)遙感數(shù)據(jù)的可判讀性以及前人已有的研究成果和研究需要，在對(duì)2007年的遙感影像解譯時(shí)，將青海湖流域灌叢又分為山地灌木林和河谷灌木林，草地又劃分為溫性草原和高寒草甸，沼澤又分為湖濱沼澤、河谷沼澤和高寒沼澤，未利用土地又分為石礫地、裸地、沙地和裸巖冰川，建立青海湖流域植被類型遙感圖像解譯標(biāo)志。參考青海湖流域1∶500000植被類型圖及DEM高程數(shù)據(jù)，在ArcinfoArcedit模塊下，以遙感影像作為底圖，創(chuàng)建并疊加矢量圖層進(jìn)行目視解譯，勾繪研究區(qū)植被類型界線，并標(biāo)注屬性。解譯后的矢量圖用CLEAN及BUILD命令建立多邊形的拓?fù)潢P(guān)系，并進(jìn)行查錯(cuò)、修正、融斑等處理，完成解譯的初期工作，最后對(duì)解譯結(jié)果進(jìn)行野外踏點(diǎn)校正，對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行精度評(píng)價(jià)。NPP的計(jì)算：凈初級(jí)生產(chǎn)力反映了植物固定和轉(zhuǎn)化光合產(chǎn)物的效率，受氣候、土壤、植物特性及其它自然和人為因素的影響，是生態(tài)系統(tǒng)自身健康和生態(tài)平衡的重要指示因子，也是估算地球承載力和評(píng)價(jià)陸地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展能力的重要生態(tài)指標(biāo)。目前有關(guān)NPP估算方法主要為傳統(tǒng)的實(shí)測(cè)調(diào)查法，統(tǒng)計(jì)回歸模型，半經(jīng)驗(yàn)半驗(yàn)理論模型，生理生態(tài)過(guò)程模型。近20年來(lái)NPP建模及其應(yīng)用得到迅速發(fā)展，一系列適用于區(qū)域和全球尺度的NPP估算模型相繼而出，基于資源平衡理論的CASA(Carnegie-Ames-StanfordApproach)模型是一個(gè)充分考慮環(huán)境條件和植被本身特征的光能利用率模型。CASA模型中NPP估算是植被所吸收的光合有效輻射(APAR)與光能轉(zhuǎn)化率(ε)的函數(shù)。NPP＝APAR(x，t)×ε(x，t)，式中，APAR(x，t)為像元x在t月所吸收的光合有效輻射(gC/m2·m)，ε(x，t)表示像元x在t月實(shí)際光能利用率(gC/MJ)。區(qū)域景觀價(jià)值估算：研究采用市場(chǎng)價(jià)格法、能量替代法估算青海湖流域區(qū)域景觀價(jià)值Vj，公式為：式中，Wnppj為研究區(qū)不同植被類型年凈初級(jí)生產(chǎn)力(g/m2·a)(見(jiàn)表3-4)，10為標(biāo)煤的熱值(kJ/g)，19.24為生物量熱值(kJ/g)，高寒地區(qū)植被干重生物量的熱值為16.54-21.94kJ/g[9]，本研究取其平均值19.24kJ/g，P為為標(biāo)煤的市場(chǎng)價(jià)格354元/t，在此將景觀價(jià)值作為植被的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。測(cè)量研究表明：青海湖流域包括7個(gè)一級(jí)景觀類型，有山地灌木林、河谷灌木林、溫性草原、高寒草甸、耕地、湖濱沼澤、河谷沼澤、高寒沼澤、高山流石坡共九類植被景觀。九類植被景觀的分布差異明顯，其中高寒草甸面積分布最廣(13745.32km2)，高山流石坡稀疏植被(3520.09km2)、溫性草原(3191.84km2)次之，最小為河谷灌木林(75.41km2)，草地占青海湖流域面積的85％。(2)CASA模型能夠較準(zhǔn)確地模擬青海湖流域植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)，并以此反演出青海湖流域不同植被的單位生態(tài)補(bǔ)償價(jià)值，各植被類型的生態(tài)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)分別為山地灌木林5467元/hm2.a、耕地5303元/hm2.a、河谷灌木林5028元/hm2.a、高寒草甸4923元/hm2.a、湖濱沼澤4898元/hm2.a、高寒沼澤4525元/hm2.a、溫性草原4507元/hm2.a、河谷沼澤4058元/hm2.a、高山流石坡稀疏植被2575元/hm2.a。(3)2007年青海湖流域植被生態(tài)補(bǔ)償總價(jià)值為98.73×108元，其中青海湖流域天峻縣植被生態(tài)補(bǔ)償價(jià)值為47.61×108元、青海湖流域剛察縣植被生態(tài)補(bǔ)償價(jià)值為29.18×108元、青海湖流域海晏縣植被生態(tài)補(bǔ)償價(jià)值為5.63×108元、青海湖流域共和縣植被生態(tài)補(bǔ)償價(jià)值為16.31×108元，流域內(nèi)高寒草甸、溫性草原、高山流石坡稀疏植被貢獻(xiàn)較大，草地生態(tài)系統(tǒng)在青海湖流域具有重要的生態(tài)安全地位。本發(fā)明不局限于上述具體的實(shí)施方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上述構(gòu)思出發(fā)，不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)，所作出的種種變換，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。