基于MODIS的中國草地植被GPP時空變化特征及其影響因素分析

王小霞 邢文聰

[摘要]基于MODISGPP產(chǎn)品MOD17A2H，分析了氣候因子與草地GPP的相關(guān)性并得出了以下結(jié)論：①近19年中國草地GPP變化速率介于-0.9-1gCm"a'之間，總體上GPP不變，四川省和部分東北地區(qū)，增長速率為1～4gCm～;②年均氣溫相比日照長度和降水來說對草地GPP的影響程度更為顯著，且草地GPP與降水呈負相關(guān)與氣溫和日照時長呈正相關(guān)。

[關(guān)鍵詞]總初級生產(chǎn)力（GPP）;時空變化;氣候因子;

[中圖分類號]X87

[文獻標識碼]A

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況

中國南北緯跨度廣，大部分位于中緯度地區(qū)，屬于北溫帶，南部一些地區(qū)位于北回歸線以南的熱帶，無寒帶。中國草地廣泛分布于東北三省、內(nèi)蒙古、西北荒漠地區(qū)的山地和青藏高原一帶。氣候類型從南到北有熱帶、亞熱帶、暖溫帶、溫帶幾種不同的氣候類型。降水量由南向北依次降低。草地類型包括草甸草原、荒漠草原、高寒荒漠、高寒草原、熱性草叢、高寒草甸等幾種類型，總草地面積達352萬km？，占中國總面積的37%。

1.2數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

1.2.1MODISGPP數(shù)據(jù)預(yù)處理。本文獲取了MODIS遙感數(shù)據(jù)MOD17A2H的GPP數(shù)據(jù)，時間序列為2000-2018年，本文選取了每年6月份的數(shù)據(jù)。在MRT中進行影像的拼接及重投影，采用最近鄰采樣法，設(shè)置輸出格式為TIF，最后在ArcGIS中根據(jù)中國草地矢量文件對影像數(shù)據(jù)進行裁剪，并對GPP值進行單位換算，轉(zhuǎn)換為gC/m2。

1.2.2氣象數(shù)據(jù)處理。本文通過中國年鑒共享數(shù)據(jù)及甘肅經(jīng)濟信息網(wǎng)下載了2000-2017年全國每年六月份的降水數(shù)據(jù)、氣溫數(shù)據(jù)以及日照時長數(shù)據(jù)，在excel中對每年6月份的數(shù)據(jù)進行匯總，得到氣候因子均值的年際變化趨勢圖。

1.3研究方法

1.3.1GPP趨勢線分析法。采用最小二乘法擬合GPP隨時間的變化速率，單個像元多年回歸方程中的斜率即是年際變化率：

式中θ為GPP年際變化率，n為年際長度19，如果》0，則表明年際變化率是正值，GPP在逐年增加;反之，則減少。

變化趨勢的顯著性檢驗方法采用F檢驗，公式（2）為：

U稱為回歸平方和，Q為剩余平方和。最終將其分為3個等級：顯著增加、基本不變、顯著減少。

2結(jié)果與分析

2.1中國草地GPP空間變化分析

絕大多數(shù)草地GPP的變化速率在-0.9～1gCm-2a-1之間，該區(qū)域GPP趨勢變化不夠明顯。主要分布在青藏高原地區(qū)、內(nèi)蒙古部分地區(qū)以及新疆北部，該區(qū)域占全國草地總面積的70.9%;四川、甘肅、山西、云貴部分地區(qū)GPP增長速率最為顯著，增長速率為4～19gCm-2a-1，占了總草地面積的3.8%，總體上來說，高寒地區(qū)草地平均GPP基本不變，而云貴高原地區(qū)以及內(nèi)蒙古地區(qū)草地GPP顯著增加。

2.2氣候因子對草地GPP的影響

從2000-2017年6月全國平均氣溫變化趨勢圖中可以看出2000-2017年全國氣溫逐漸呈。升趨勢，，上升速率為0.0755C/，范圍在20C～25C之間，波動較大，其中2003-2005年呈上升趨勢，2005年達到最高值24.8C，之后又急劇降低;2006年后氣溫又逐漸開始回升，2011年又開始下降，2007-2011基本不變，2001年6月全國氣溫達到最低值20.8C。

從2000-2017年6月全國降水均值中可以看出2000-2017年全國降水總體上呈下降趨勢;下降速率為-1.5618mm/a，效果并不顯著且降水量年際波動較大，2012年達到最小值110.5mm，2011年達到最大值157.7mm。

由2000-2018年6月草地GPP均值變化趨勢中可知，近19年草地GPP呈增長趨勢，其增長速率為0.0962gCm-2a-1;除了2001年、2009年變化較大外，其余年份草地GPP均值總體上變化趨勢較為穩(wěn)定，基本上在16-20gC/m？/a之間波動。GP的變化趨勢在某種程度反映了植被的生長狀況，而自然環(huán)境的變化可以直接影響植被的生長趨勢;2008年1月初，中國絕大多數(shù)地區(qū)經(jīng)歷了極其嚴重的冰雪災(zāi)害，多數(shù)農(nóng)作物和植被嚴重凍傷，導致2008-2009年草地GPP值急劇下降;2009年后草地長勢逐漸變好，因此2009-2018年草地GP值也隨之上升。

由2000-2017年6月全國日照長度均值中可以看出，2000-2017年全國日照時長星上升趨勢，且年均值波動較大，介于150～200h之間，上升速率為0.2604h/ao其中2000年達到最小值153.7h，2006年達到最大值184.3h，之后又急劇下降，2009年趨于穩(wěn)定。

2000-2017年GPP的最高值正好對應(yīng)了日照長度的最高值，而年均降水量的最高值正好對應(yīng)了GPP的趨勢圖的局部最低點，因此，可以判斷出年平均氣溫和日照長度與年GPP均值呈正相關(guān)，年均降水量與GPP均值呈負相關(guān)。2000-2017年GPP均值與氣溫的相關(guān)系數(shù)為0.30，與日照長度的相關(guān)系數(shù)為0.07，和降水的相關(guān)系數(shù)為-0.10，可以看出氣溫相較降水量和日照長度來說與GPP的相關(guān)性更加顯著，這說明溫度在年際尺度上對草地GPP起著重要的作用。GPP年均值與降水和氣溫的復相關(guān)系數(shù)達到了0.819，說明在年際變化中，中國草地GPP年均值是受氣溫和降水等氣候因子共同決定的。

3討論

3.12000-2018年GPP總值呈緩慢上升趨勢且年際波動較大

其上升速率為0.3688gCm-2a-1，GPP值的變化在一定程度上可以反映出草地的生長趨勢，所以可以判斷出，近19年來草地生長態(tài)勢良好，各種環(huán)境因素都在朝著有利于草地生長的趨勢發(fā)展。

3.2氣候變化是影響陸地植被的主要因素

降水量升可以降低氣溫，由此抑制草地的生長，因此草地GPP與降水的負相關(guān)關(guān)系的實際作用機制是氣溫的影響。

[參考文獻]

[1]沃笑，吳良才，張繼平，等.基于CASA模型的三江源地區(qū)植被凈初級生產(chǎn)力遙感估算研究[J].干早區(qū)資源與環(huán)境，2014，28（09）：45-50.

[2]蔡雨戀，鄭有飛，王云龍，等.利用改進的CASA模型分析三江源區(qū)凈植被生產(chǎn)力[J].南京信息工程大學學報（自然科學版），2013，5（01）：34-42.

[3]王瑞杰，覃志豪.基于MODIS數(shù)據(jù)的中國草地生態(tài)體系價值估箅研究[J].中國草地學報，2007（01）：50-54.

[4]吳珊珊，姚治君，姜麗光，等.基于MODIS的長江源植被NPP時空變化特征及其水文效應(yīng)[J].自然資源學報，2016，31（01）：39-51.

[5]劉慶鳳，劉吉平，宋開山.基于MODIS/NDVI時序數(shù)據(jù)的土地覆蓋分類[J].中國科學院研究生院學報，2010，27（02）：163-169.

[6]孫成明，孫政國，劉濤，等.基于MODIS的中國草地NPP綜合估算模型[J].生態(tài)學報，2015，35（04）：1079-1085.