一种基于NPP数据计算全国草原产量数据的方法与流程

一种基于npp数据计算全国草原产量数据的方法
技术领域：
1.本发明涉及遥感数据处理领域，特别涉及一种基于npp(植被净初级生产力)数据计算草原产量数据的方法。


背景技术：

2.草原产量数据是重要的草地资源属性，通常指单位面积草原在单位时间内(一般是一年)地上部分和地下部分植被累积的生物量，即重量；对草原产量数据进行计算是对草原资源进行合理利用的基础。目前草原产量计算有两种方式：1.根据草原植被调查样点产量数据和该点归一化植被指数拟合建立估产模型，此方法需要大量人工实地调查数据作为依据且估产模型受地域性及调查时间限制，在全国区域尺度上推广难度较大且需要消耗大量人力、物力以及财力；2.基于casa等模型估算草原产量，此类模型基于植被光合有效辐射、光能转化率、植物的呼吸消耗、植被碳密度等变量来建立估产模型，此方法同样需要大量的人工实地调查数据作为依据，获取全国草原产量数据困难。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种避免大量人工调查，能快速、准确获得全国草原产量数据的方法。
4.本发明由如下技术方案实施：一种基于npp数据计算全国草原产量数据的方法，其包括如下步骤：
5.s1：获取全国草原年npp栅格数据、草原类型参数x、全国草原类型矢量数据；
6.s2：应用arcgis软件将s1获取的所述草原类型参数x转化为与所述全国草原类型矢量数据一致的栅格数据xg；
7.s3：应用arcgis软件将s1获取的所述全国草原年npp栅格数据转化为与所述全国草原类型矢量数据的投影类型一致的栅格数据nppg；
8.s4：应用arcgis进行栅格运算，利用下式，用nppg除以xg，得到全国草原产量栅格数据yg：
[0009][0010]
其中，y为全国草原产量，单位kg/m2；x为草原类型参数，无量纲；npp为植被净初级生产力。
[0011]
优选的，s1中所述全国草原年npp数据获取步骤如下：
[0012]
s11：采用modis卫星mod17a3数据产品，获取全国草原每日npp栅格数据，空间分辨率为500m，时间分辨率为1年；
[0013]
s12：将s11获取到的所述全国草原每日npp栅格数据加载到arcgis软件中，使用sum工具计算得到全国草原年npp栅格数据。
[0014]
优选的，所述全国草原类型参数x数据通过计算得到：
[0015][0016]
其中，bgb为草地植被地下部分(根系)生物量；lbgb为活根系生物量占总根系生物量的比例；anpp为植被地上部分生产力；k为植物干重中c的含量。
[0017]
本发明的优点：所述方法引入草原类型参数x，结合modis卫星获取的遥感npp栅格数据进行计算，利用arcgis将所述数据转化为与全国草原类型矢量数据一致的栅格数据nppg、xg，并进行栅格运算，用nppg除以xg，直接得到全国草原产量栅格数据yg：避免了大量的人工草原植被调查和计算过程，可以快速、准确得到全国草原产量栅格数据。
附图说明：
[0018]
图1为本发明实施例1的流程图。
具体实施方式：
[0019]
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作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。
[0020]
实施例1：基于npp数据计算全国草原产量数据的方法，其原理如下：
[0021]
草原产量与npp数据存在下述关系：
[0022]
npp＝anpp bnpp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0023]
y*≈anpp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0024]
其中，anpp为植被地上部分生产力，bnpp为植被地下部分生产力，y
*
为草原产草量；又：
[0025]
bnpp＝bgb
·
lbgb
·
turnover
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0026]
turnover＝0.0009
·
anpp 0.25
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0027]
其中，bgb为草地植被地下部分(根系)生物量；lbgb为活根系生物量占总根系生物量的比例；turnover为草地植物根系周转值。
[0028]
由此得到：
[0029][0030]
经过公式(5)计算得到的草原产草量y
*
是以kg c/m2为单位的，进一步利用下式将其转化为以kg/m2的干草产量y：
[0031]
[0032]
其中，k为植物干重中c的含量；由此，可以得到草原产量y与npp及草原类型参数x的关系：
[0033][0034][0035]
如图1所示，基于npp数据计算全国草原产量数据的方法包括以下步骤：
[0036]
s1：获取全国草原年npp栅格数据、草原类型参数x、全国草原类型矢量数据；在本实施例中，全国草原年npp栅格数据获取步骤如下：
[0037]
s11：采用modis卫星mod17a3数据产品mod17a3hgf.v006版本，获取全国草原每日npp栅格数据，该数据产品空间分辨率为500m，时间分辨率为1年，每个栅格像元都表示所在空间位置的npp值；
[0038]
s12：将s11获取到的每日npp栅格数据加载到arcgis软件中，选择arctoolbox，点击spatial analyst tools(空间分析工具)并选择local(局部分析)工具框中的cell statistics(像元统计数据)工具，使用sum(求和)工具计算年npp栅格数据。
[0039]
草原类型参数x通过代入式(8)参数计算得到，其中式(8)各参数选取不唯一，本实施例中采取草原领域研究中普遍使用的系列参数，各参数选取如下：lbgb采用0.79，k采用方精云的研究，为0.45；bgb和anpp，根据草地类型分别设定其数值，具体如下表1：
[0040]
表1.实施例1的anpp、bgb取值
[0041]
[0042][0043]
最终本实施例的草原类型参数x如下表2；
[0044]
表2全国各大草原类型参数x值
[0045]
草地类型x低地盐化草甸类1.311828345改良草地0.780534006干热稀树灌草丛类0.538253329高寒草甸草原类4.222325006高寒草甸类2.230748649高寒荒漠草原类2.593587062高寒荒漠类1.832544793暖性草丛类0.776532116暖性灌草丛类0.586453999热性草丛类0.537606156热性灌草丛类0.538253329温性草甸草原1.507057378温性草甸草原类1.507057378温性草原化荒漠类0.928027428温性草原类1.405640133温性荒漠草原类1.052680963温性荒漠类0.548031658温性山地草甸类0.632726859沼泽类0.667256947
[0046]
草原类型矢量数据是由点、线、面组成的空间区域数据；本实施例中的全国草原类型矢量数据，与全国各草原类型一一对应，下载于中国科学院资源环境科学与数据中心https://www.resdc.cn/，是根据1980年代出版的1：100万草地资源图集扫描数字化而来。
[0047]
s2：应用arcgis软件将s1获取的草原类型参数x转化为与全国草原类型矢量数据一致的栅格数据xg；
[0048]
具体过程如下：
[0049]
s21：应用arcgis软件将全国草原类型矢量数据加载进去，使用join(连接)工具，将各草原类型参数x的excel表格数据连接进对应草原类型矢量数据s1中，添加名称为x的双精度数值列表属性，依次将表2中的x参数输入全国草原类型矢量数据对应的属性表x中。
[0050]
s22：在arcgis软件中使用polygon to raster(矢量转栅格)工具将全国草原类型矢量数据中属性表中的x属性值转换为与草原类型矢量数据空间投影类型一致的栅格数据xg。
[0051]
s3：应用arcgis软件将s1获取的全国草原年npp栅格数据转化为与草原类型矢量数据的投影类型一致的栅格数据nppg；
[0052]
具体过程如下：将s1中获取的草原年npp数据加载进arcgis软件中，使用projections and transformations(投影与转换)—raster(栅格)—project raster(投影栅格)工具将年npp栅格数据转换成cgcs2000坐标系对应的栅格数据nppg。
[0053]
s4：在arcgis的raster calculator(栅格计算器)中使用公式(7)，利用nppg除以xg，得到全国草原产量栅格数据yg。
[0054]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。