GB/T 34815-2017 植被生态质量气象评价指数

　　ICS 07 . 060 B 18

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 34815—2017

　　植被生态质量气象评价指数

　　Meteorologicalevaluatingindexofvegetationecologicalquality

　　2017-1 1-01 发布 2018-05-01 实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 34815—20 17

　　GB/T 34815—20 17

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本标准由中国气象局提出。

　　本标准由全国农业气象标准化技术委员会(SAC/TC 539)归口 。

　　本标准起草单位：中国气象局沈阳大气环境研究所。

　　本标准主要起草人：王江山、张玉书、陈鹏狮、纪瑞鹏、于文颖、冯锐、武晋雯、米娜、张淑杰、蔡福、曹焉艳。

　　GB/T 34815—20 17

　　引

　　言

　　植被生态质量关系人类生存与发展。 气象条件与植被相互影响，作用广泛。 编制本标准的主要 目的，是用气象指标评价某时段内气象条件对植被的影响，为开展生态综合评价提供科学依据。

　　GB/T 34815—20 17

　　植被生态质量气象评价指数

　　1 范围

　　本标准规定了植被生态质量气象评价指数及计算方法。

　　本标准适用于评价气象条件对植被生态质量的影响。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 20481—2017 气象干旱等级

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　植被生态质量 vegetationecologicalquality

　　植被生长的茂盛程度，发挥生态系统服务功能的强弱。

　　3.2

　　植被生态质量气象评价 meteorologicalevaluationofvegetationecologicalquality

　　从气象条件引发的环境变化对植被生态质量的影响角度进行评价。

　　3.3

　　湿润指数 moistureindex

　　某时段的降水量与同时段内潜在蒸散量比值。

　　3.4

　　植被净第一性生产力 netprimaryproductivity;NPP

　　绿色植物在单位面积、单位时间内所累积的有机物数量，是由光合作用所产生的有机质总量中扣除自养呼吸后的剩余部分。

　　3.5

　　NPP指数 netprimaryproductivityindex

　　NPP 占评价区域内的历年平均 NPP 的比值。

　　4 植被生态质量气象评价指数

　　4 . 1 湿润指数

　　4 . 1 . 1 月湿润指数 Ki 采用式(1)计算 ：

　　Ki=ri/ETi …………………………( 1 )

　　式中：

　　ri—月 降水量，单位为毫米(mm) ;

　　GB/T 34815—20 17

　　ETi—月潜在蒸散量，单位为毫米(mm),计算方法见附录 A。

　　4 . 1 . 2 年湿润指数 K 采用式(2)计算：

　　K=Ra /(ΣETi) …………………………( 2 )

　　式中：

　　Ra —年降水量，单位为毫米(mm) 。

　　当 K<1 时，表示大气降水量少于植被生理过程需水量;

　　当 K = 1 时，表示该区域大气降水量与植被生理需水量达到平衡;

　　当 K>1 时，表示大气降水量大于植被生理过程需水量，降水条件不成为当地植被生理需水的限制

　　因子，如果 K>1,则规定 K = 1 。

　　4 . 2 NPP 指数(植被净第-性生产力指数)

　　NPP 指数采用式(3)计算：

　　NPP 指数=NPPi …………………………( 3 )

　　式中：

　　NPPi — 评价区域评价年植被净第一性生产力;

　　NPP — 评价区域历年植被净第一性生产力(NPP)平均值，一般采用近 30 年平均值。

　　NPP 计算方法见附录 B。

　　当 NPP 指数<1 时，表示评价区域内评价年的植被净第一性生产力差于历年平均状况;

　　当 NPP 指数= 1 时，表示评价区域内评价年的植被净第一性生产力与历年平均状况持平;

　　当 NPP 指数 >1 时，表示评价区域内评价年的植被净第一性生产力好于历年平均状况。

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　　附 录 A

　　(规范性附录)

　　潜在蒸散量计算方法

　　A.1 潜在蒸散量的计算

　　本附录推荐三种方法计算潜在蒸散量，即桑斯维特模型(Thornthwaite)方法、动力学模型方法和FAO Penman-Monteith方法。FAO Penman-Monteith 在我国比较流行，计算误差小，但需要的气象要

　　素多;以流体力学为基础的动力学模型需要的气象要素相对较少;Thornthwaite方法计算相对简单，需要的气象要素少，Thornthwaite方法温度小于 0 时误差大，不可用。 使用者根据资料条件选择合适的计算方法。

　　A.2 FAO Penman-Monteith方法

　　按式(A. 1) ~式(A. 5)进行计算 ：

　　ETi

　　G=0.07(Ti+1 - Ti-1) …………………………( A.3 )

　　γ = 0.665 × 10-3p …………………………( A.4 )

　　μ = 4.78 ×μk/ln(67.8h- 5.42) …………………………( A.5 )

　　式中：

　　ETi —月潜在蒸散，单位为毫米(mm) ;

　　i —月份的编号;

　　Δ —饱和水汽压-温度曲线斜率，单位为千帕每摄氏度(kPa/℃) ;

　　Rn —作物表面净辐射，计算方法见 GB/T 20481—2017,单位为兆焦每平方米(MJ/m2 ) ;

　　G — 当月土壤热通量，单位为兆焦每平方米(MJ/m2 ) ;

　　Ti+1 —后一个月平均气温，单位为摄氏度(℃) ;

　　Ti-1 —前一个月平均气温，单位为摄氏度(℃) ;

　　γ —干湿表常数，单位为千帕每摄氏度(kPa/℃) ;

　　p —气压，单位为千帕(kPa) ;

　　T —月平均气温，单位为摄氏度(℃) ;

　　μ — 2 m 高处的风速，单位为米每秒(m/s) ;

　　h —高度，单位为米(m) ;

　　μk —h处的风速，单位为米每秒(m/s) ;

　　es —饱和水汽压，单位为千帕(kPa) ;

　　ea —实际水汽压，单位为千帕(kPa) 。

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　　A.3 动力学模型方法

　　按式(A. 6)计算：

　　ETi

　　式中：

　　ETi —月潜在蒸散，单位为毫米(mm) ;

　　i —月份的编号;

　　pi —月平均气压，单位为千帕(kPa) ;

　　ti —平均气温，单位为摄氏度(℃) ;

　　di —月 的天数;

　　ui — 10 m~12 m 高度处观测的月平均风速，单位为米每秒(m/s) ;

　　Woi —在温度为 ti 时的饱和水汽压，单位为毫米汞柱(mmHg) ;

　　hi —月平均相对湿度。

　　注：1 mmHg≈133.3 Pa。

　　饱和水汽压 Wo 的计算考虑两种情况，分别采用式(A. 7)、式(A. 8)计算。

　　当月平均温度 0 ℃

　　W

　　当月平均温度-40 ℃≤t≤0 ℃时：

　　W

　　A.4 桑斯维特模型方法

　　按式(A. 9) ~式(A. 11)进行计算 ：

　　ETi

　　a= 0.492 39 + 1.792 × 10-2 I- 7.71 × 10-5 I2 + 6.75 × 10-7 I3 …………( A.11 )

　　式中：

　　ETi —月潜在蒸散，单位为毫米(mm) ;

　　i —月份的编号;

　　K — 调整系数;

　　T —月平均气温，单位为摄氏度(℃) ;

　　I — 12 个月总和的热量指标;

　　a — 常数，I 的函数;

　　a1、a2、a3 — 常数，参考值 a1 =4 158.547 ,a2 =322.441 ,a3 =4.325。

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　　附 录 B

　　(规范性附录) NPP 计算方法

　　B.1 NPP 的计算

　　本附录推荐三种方法计算 NPP，即综合模型是以与植被光合作用密切相关的蒸散为基础，综合考虑了诸因子的相互作用，Miami模型只考虑温度和降水对自然植被影响，CASA模型是基于光能利用率原理，利用遥感数据来估算 NPP。使用者根据资料条件选择合适的计算方法。

　　B.2 综合模型

　　植被净第一性生产力 NPP 采用式(B. 1)计算：

　　NPP=RDI …………

　　式中：

　　NPP —植被净第一性生产力，单位为吨干物质每公顷年[tDM/(hm2 · a)] ;

　　a、b — 系数，参考值为：a= 9.87 ,b= 6.25 ;

　　RDI、PER、BT —分别采用式(B. 2)、式 (B. 3)和式(B. 4)计算。

　　RDI=(c+dPER-ePER2 )2 …………………………( B.2 )

　　(c、d、e为系数，参考值为：c=0.629 ,d=0.237 ,e=0.003 13)

　　PER=PET/r=BT × f/r …………………………( B.3 )

　　(f 为系数，参考值为：f=58 . 93)

　　BT= Σt/365 或 ΣT/12 …………………………( B.4 )

　　式中：

　　RDI—辐射干燥度;

　　PER— 可能蒸散率;

　　PET—年可能蒸散量，单位为毫米(mm) ;

　　BT —年平均生物温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　r —年降水量，单位为毫米(mm) ;

　　t —小于 30 ℃且大于 0 ℃的 日均温;

　　T —小于 30 ℃且大于 0 ℃的月均温。

　　B.3 Miami模型

　　采用式(B. 5)和式(B. 6)计算：

　　NPPT …………………………( B.5 )

　　NPPR = 3 000(1 - e-0.000 664R) …………………………( B.6 )

　　式中：

　　NPPT — 以年平均温度估算的作物干物质产量，单位为克每平方米年[g/(m2 · a)] ;

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　　NPPR — 以年平均降水量估算的作物干物质产量，单位为克每平方米年[g/(m2 · a)] ;

　　T —年平均温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　R —年平均降水量，单位为毫米(mm) 。

　　根据最小因素定律，在选择气温和降水量计算所得的 2 个植被 NPP 中较低者即为某地 自然植被的 NPP。

　　B.4 CASA模型

　　按式(B. 7)进行计算：

　　NPP(r，t)=APAR(r，t)× ε(r，t)…………………………( B.7 )

　　式中：

　　r —空间位置;

　　t —月 ;

　　NPP(r，t)—像元 r 在 t月 NPP 值，单位为克碳每平方米月[gC/(m2 · 月)];

　　APAR(r，t)—像元 r 在 t月光合有效辐射，单位为兆焦每平方米月[ MJ/(m2 · 月)];

　　ε(r，t) —像元 r 在 t月植被光能利用率，单位为克碳每兆焦(gC/MJ) 。

　　APAR(r，t)计算按式(B.8) ~式(B.12) :

　　APAR(r，t)=SOL(r，t)× FPAR(r，t)× k …………………( B.8 )

　　FPAR(r，t)= αFPAR(r，t)NDVI + (1 - α) FPAR(r，t)SR ……………( B.9 )

　　FPAR(r，t)NDVI = ×(FPARNDVI，max -FPARNDVI，min) + FPARNDVI，min …( B.10 )

　　FPAR SR FPARSR，max -FPARSR，min) + FPARSR，min …( B.11 )

　　SR

　　式 (B.8) ~式(B.12) 中：

　　APAR(r，t) —像元 r 在 t月光合有效辐射，单位为兆焦每平方米月[ MJ/(m2 · 月)];

　　SOL(r，t) —像元 r 在 t月 的太阳总辐射量，单位为兆焦每平方米月[ MJ/(m2 · 月)];

　　FPAR(r，t) —植被层对于入射光合有效辐射的吸收比例;

　　k —植被利用的太阳有效辐射占太阳总辐射的比例大小，k=0 . 5 ;

　　FPAR(r，t)NDVI —通过 NDVI估算的 FPAR;

　　FPAR(r，t)SR —通过 SR估算的 FPAR;

　　α —调整系数，α=0 . 5 ;

　　NDVI(r，t) —像元 r 在 t月归一化植被指数值;

　　NDVImax — NDVI最大值;

　　FPARNDVI，max — NDVI最大值对应的 FPAR;

　　NDVImin — NDVI最小值;

　　FPARNDVI，min — NDVI最小值对应的 FPAR;

　　SR(r，t) — 比值植被指数，SRmin 为 SR 最小值;

　　SRmax —SR 最大值;

　　FPARSR，max —SR 指数计算时 FPAR 最大值，取 0 . 95 ;

　　FPARSR，min —SR 指数计算时 FPAR 最小值，取 0 . 001 。

　　ε(r，t)采用表 B. 1 数据。

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　　表 B.1 不同植被类型光利用率取值

　　GB/T 34815—20 17

　　参 考 文 献

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