三江源區(qū)植被GPP時(shí)空變化及其對氣候響應(yīng)分析

摘 要：基于MODIS GPP數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，采用趨勢分析法和回歸模型法，分析了2000-2015年三江源區(qū)植被GPP的時(shí)空變化規(guī)律，探討植被GPP對氣候因子的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果顯示：三江源區(qū)2000-2015年植被GPP在163.4-217.7gCm-2之間變動(dòng)，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(xiàn)為波動(dòng)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(jì)降水量呈正相關(guān)關(guān)系，與1月平均氣溫呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

關(guān)鍵詞：三江源區(qū)；植被GPP；氣候因子；響應(yīng)；

植被總初級生產(chǎn)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(huán)的主要紐帶，對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫有巨大貢獻(xiàn)作用。由于地理位置、植被類型、氣候變化和人類活動(dòng)等因素的耦合影響，造成植被生產(chǎn)能力存在極大差異，如大興安嶺碳匯能力較強(qiáng)，西北內(nèi)陸區(qū)則為弱碳源；對氣候變化的響應(yīng)也不一樣，三江源區(qū)和黑河上游平均氣溫對植被的生長呈促進(jìn)作用，降水量呈負(fù)相關(guān)；而京津冀地區(qū)和紅河流域NDVI與平均氣溫呈抑制作用，與降水量呈正相關(guān)。在各種復(fù)雜的積極、消極作用機(jī)制影響下，深度探討氣候變化在陸地碳循環(huán)過程中的作用是目前全球變化的熱點(diǎn)研究方向之一。三江源區(qū)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(qū)，對當(dāng)?shù)亍⑷袊酥羴喼薜纳鷳B(tài)安全產(chǎn)生巨大影響。前人對三江源區(qū)的研究大多集中在土地覆被、土地沙化、凈生產(chǎn)力和景觀格局分析等方面及其對氣候變化的響應(yīng)，而對植被GPP相關(guān)的研究很少，使不能全面認(rèn)識(shí)三江源區(qū)碳收支情況。因此，本文基于2000-2015年MODIS GPP（MOD17A2H）數(shù)據(jù)，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(qū)概況

三江源區(qū)是長江、瀾滄江和黃河的發(fā)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(gè)藏族自治州的16個(gè)縣和格爾木市的唐古拉鄉(xiāng)。三江源地區(qū)地貌類型多樣，地形復(fù)雜，海拔在2578-6659m之間，相對高差大，獨(dú)特的自然環(huán)境擁有獨(dú)特的高寒植被系統(tǒng)。研究區(qū)呈現(xiàn)冬夏半年、干濕半年、年溫差小、日溫差大、日照時(shí)間長、輻射強(qiáng)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(qū)降水量分布由南向北逐漸遞減。區(qū)內(nèi)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(shù)據(jù)處理

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文選用MODIS2000-2015年GPP數(shù)據(jù)集MOD17A2H（https：//search.earthdata.nasa.gov/search），該數(shù)據(jù)集包含GPP及其質(zhì)量控制文件。GPP數(shù)據(jù)是空間分辨率500m的C6 8d合成數(shù)據(jù)，GPP可以作為計(jì)算地能量、碳-水循環(huán)過程和植被的生物地球化學(xué)作用的基本參數(shù)，目前該數(shù)據(jù)已在全球和區(qū)域植被生物量估算、碳循環(huán)和全球變化等研究中得到驗(yàn)證和廣泛應(yīng)用。為使分析結(jié)果更精確，本文結(jié)合MODIS產(chǎn)品說明文件和質(zhì)量控制文件，選用高質(zhì)量的植被區(qū)數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源。

此次采用49個(gè)氣象站點(diǎn)，分別統(tǒng)計(jì)了各氣象站點(diǎn)2000-2015年的逐月降水量和平均氣溫資料，氣象數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)（http：//ede.ema.gov.cn）。采用樣條函數(shù)法和克里金法分別對氣溫?cái)?shù)據(jù)和降水量數(shù)據(jù)進(jìn)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(jì)降水量數(shù)據(jù)。由于1月平均氣溫代表了三江源區(qū)冬季氣溫狀況，氣溫較低時(shí)，蒸發(fā)減少，土壤凍結(jié)水變多，為春季植被發(fā)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(jì)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(shù)據(jù)的平均值反映了三江源區(qū)植被整體的生長狀況和植被固碳能力，同時(shí)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(qū)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(gè)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(biāo)準(zhǔn)化的植被GPP，X1、X2和X3分別表示標(biāo)準(zhǔn)化的生長季平均氣溫和累計(jì)降水量、標(biāo)準(zhǔn)化的1月平均氣溫，a1、a2和a3分別表示相對應(yīng)氣象因子的回歸系數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 植被GPP變化分析

三江源區(qū)植被GPP整體上呈東部高、西部低的分布格局，表現(xiàn)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(qū)域的植被GPP最大。三江源區(qū)2000-2015年植被GPP在163.4-217.7gCm-2之間變動(dòng)，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(xiàn)為波動(dòng)型增長趨勢，表明三江源植被生產(chǎn)力在逐年增加。

3.2 氣候因子變化分析

多年來，三江源區(qū)生長季平均氣溫、1月平均氣溫和生長季累計(jì)降水量均表現(xiàn)為緩慢波動(dòng)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(jì)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(guān)性分析

通過0.05水平顯著檢驗(yàn)的回歸系數(shù)均值顯示，GPP與1月平均氣溫、生長季平均氣溫和累計(jì)降水量的回歸系數(shù)依次為-0.11、0.64和0.52，三個(gè)氣候因子對植被GPP影響權(quán)重依次為8.7%，50.4%和40.9%，表明在三江源區(qū)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(jì)降水量呈正相關(guān)關(guān)系，與1月平均氣溫呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。1月氣溫越低，土壤保留水份越多，越有助于植被發(fā)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。

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作者簡介

鄭飛鴿（1993-），女，在讀研究生，成都理工大學(xué)，生態(tài)遙感。