三江源區植被GPP時空變化及其對氣候響應分析

摘 要：基于MODIS GPP數據和氣象數據，采用趨勢分析法和回歸模型法，分析了2000-2015年三江源區植被GPP的時空變化規律，探討植被GPP對氣候因子的相關關系。結果顯示：三江源區2000-2015年植被GPP在163.4-217.7gCm-2之間變動，平均值為185.1gCm-2a-1，平均增長速度為0.86gCm-2a-1，多年植被GPP表現為波動型增長趨勢。植被GPP受生長季氣溫的影響高于降水量，且與生長季平均氣溫和累計降水量呈正相關關系，與1月平均氣溫呈負相關關系。

關鍵詞：三江源區；植被GPP；氣候因子；響應；

植被總初級生產力（Gross Primary Productivity，GPP）是植被光合作用之后固定的碳總量，是連接生物圈和大氣圈碳循環的主要紐帶，對陸地生態系統碳庫有巨大貢獻作用。由于地理位置、植被類型、氣候變化和人類活動等因素的耦合影響，造成植被生產能力存在極大差異，如大興安嶺碳匯能力較強，西北內陸區則為弱碳源；對氣候變化的響應也不一樣，三江源區和黑河上游平均氣溫對植被的生長呈促進作用，降水量呈負相關；而京津冀地區和紅河流域NDVI與平均氣溫呈抑制作用，與降水量呈正相關。在各種復雜的積極、消極作用機制影響下，深度探討氣候變化在陸地碳循環過程中的作用是目前全球變化的熱點研究方向之一。三江源區位于我國青海省南部，屬青藏高原西北緣，氣候變化較明顯區，對當地、全中國乃至亞洲的生態安全產生巨大影響。前人對三江源區的研究大多集中在土地覆被、土地沙化、凈生產力和景觀格局分析等方面及其對氣候變化的響應，而對植被GPP相關的研究很少，使不能全面認識三江源區碳收支情況。因此，本文基于2000-2015年MODIS GPP（MOD17A2H）數據，分析了植被GPP變化的變化趨勢，采用多元線性回歸模型，探討了年平均氣溫和土壤濕度變化對植被GPP的影響。

1 研究區概況

三江源區是長江、瀾滄江和黃河的發源地，地處89°24′-102°15′E、31°33′-36°17′N之間，包含玉樹、果洛、海南、黃南4個藏族自治州的16個縣和格爾木市的唐古拉鄉。三江源地區地貌類型多樣，地形復雜，海拔在2578-6659m之間，相對高差大，獨特的自然環境擁有獨特的高寒植被系統。研究區呈現冬夏半年、干濕半年、年溫差小、日溫差大、日照時間長、輻射強烈、四季不分明的高原大陸性氣候。年平均氣溫為-5.7～3.8°C，由東南向西北逐漸氣溫逐漸降低；年平均降水量285.65～729.19mm，全區降水量分布由南向北逐漸遞減。區內植被類型主要有灌叢、高寒草甸、高寒草原、高山植被、針葉林等。

2 研究方法與數據處理

2.1 數據來源

本文選用MODIS2000-2015年GPP數據集MOD17A2H（https：//search.earthdata.nasa.gov/search），該數據集包含GPP及其質量控制文件。GPP數據是空間分辨率500m的C6 8d合成數據，GPP可以作為計算地能量、碳-水循環過程和植被的生物地球化學作用的基本參數，目前該數據已在全球和區域植被生物量估算、碳循環和全球變化等研究中得到驗證和廣泛應用。為使分析結果更精確，本文結合MODIS產品說明文件和質量控制文件，選用高質量的植被區數據作為數據源。

此次采用49個氣象站點，分別統計了各氣象站點2000-2015年的逐月降水量和平均氣溫資料，氣象數據來源于中國氣象科學數據共享服務網（http：//ede.ema.gov.cn）。采用樣條函數法和克里金法分別對氣溫數據和降水量數據進行空間插值，得到空間分辨率為500m的生長季平均氣溫、1月平均氣溫和生長季累計降水量數據。由于1月平均氣溫代表了三江源區冬季氣溫狀況，氣溫較低時，蒸發減少，土壤凍結水變多，為春季植被發芽提供了良好的水文條件；生長季水熱條件充足，提高了植被生長力，因此選用生長季氣溫和累計降水量、1月平均氣溫作為植被GPP的影響因子。

2.2 研究方法

1）趨勢分析法

多年的植被GPP影像數據的平均值反映了三江源區植被整體的生長狀況和植被固碳能力，同時以像元為單位，用一元線性回歸模型方法，研究變量的變化斜率，得出三江源區域植被GPP空間分布情況和變化趨勢。

2）多元線性回歸模型

多元線性回歸模型是分析因變量對多個自變量的依賴性，本文采用此模型探究植被GPP受年平均氣溫和土壤濕度的影響力，引入的三元線性回歸模型為：

Y=a1*X1+a2*X2+a3*X3

式中，Y是標準化的植被GPP，X1、X2和X3分別表示標準化的生長季平均氣溫和累計降水量、標準化的1月平均氣溫，a1、a2和a3分別表示相對應氣象因子的回歸系數。

3 結果與分析

3.1 植被GPP變化分析

三江源區植被GPP整體上呈東部高、西部低的分布格局，表現為治多縣和格爾木市的植被GPP較小，興?？h、澤庫縣、和久治縣一帶區域的植被GPP最大。三江源區2000-2015年植被GPP在163.4-217.7gCm-2之間變動，平均值為185.1gCm-2a-1，平均增長速度為0.86gCm-2a-1，多年植被GPP表現為波動型增長趨勢，表明三江源植被生產力在逐年增加。

3.2 氣候因子變化分析

多年來，三江源區生長季平均氣溫、1月平均氣溫和生長季累計降水量均表現為緩慢波動增長趨勢。其中，生長季平均氣溫分布在1.81～3.08°C間，變化速度為0.45℃（10a）-1；生長季累計降水量介于354.57-539.90mm間，多年均值為460mm；1月平均氣溫介于-17.02～-10.38℃之間，升溫速度為0.25℃（10a）-1。

3.3 植被GPP與氣候因子相關性分析

通過0.05水平顯著檢驗的回歸系數均值顯示，GPP與1月平均氣溫、生長季平均氣溫和累計降水量的回歸系數依次為-0.11、0.64和0.52，三個氣候因子對植被GPP影響權重依次為8.7%，50.4%和40.9%，表明在三江源區高原大陸性氣候背景下，植被GPP受生長季氣溫的影響比降水量大，且與生長季平均氣溫和累計降水量呈正相關關系，與1月平均氣溫呈負相關關系。1月氣溫越低，土壤保留水份越多，越有助于植被發芽生長；4-10月氣溫愈高，降雨越豐沛，越能滿足植被生長需要，益于植被GPP的提高。

參考文獻

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作者簡介

鄭飛鴿（1993-），女，在讀研究生，成都理工大學，生態遙感。