基于MODIS的中国草地植被GPP时空变化特征及其影响因素分析

王小霞 邢文聪

[摘要]基于MODISGPP产品MOD17A2H，分析了气候因子与草地GPP的相关性并得出了以下结论：①近19年中国草地GPP变化速率介于-0.9-1gCm"a'之间，总体上GPP不变，四川省和部分东北地区，增长速率为1～4gCm～;②年均气温相比日照长度和降水来说对草地GPP的影响程度更为显著，且草地GPP与降水呈负相关与气温和日照时长呈正相关。

[关键词]总初级生产力（GPP）;时空变化;气候因子;

[中图分类号]X87

[文献标识码]A

1材料与方法

1.1研究区概况

中国南北纬跨度广，大部分位于中纬度地区，属于北温带，南部一些地区位于北回归线以南的热带，无寒带。中国草地广泛分布于东北三省、内蒙古、西北荒漠地区的山地和青藏高原一带。气候类型从南到北有热带、亚热带、暖温带、温带几种不同的气候类型。降水量由南向北依次降低。草地类型包括草甸草原、荒漠草原、高寒荒漠、高寒草原、热性草丛、高寒草甸等几种类型，总草地面积达352万km？，占中国总面积的37%。

1.2数据来源及预处理

1.2.1MODISGPP数据预处理。本文获取了MODIS遥感数据MOD17A2H的GPP数据，时间序列为2000-2018年，本文选取了每年6月份的数据。在MRT中进行影像的拼接及重投影，采用最近邻采样法，设置输出格式为TIF，最后在ArcGIS中根据中国草地矢量文件对影像数据进行裁剪，并对GPP值进行单位换算，转换为gC/m2。

1.2.2气象数据处理。本文通过中国年鉴共享数据及甘肃经济信息网下载了2000-2017年全国每年六月份的降水数据、气温数据以及日照时长数据，在excel中对每年6月份的数据进行汇总，得到气候因子均值的年際变化趋势图。

1.3研究方法

1.3.1GPP趋势线分析法。采用最小二乘法拟合GPP随时间的变化速率，单个像元多年回归方程中的斜率即是年际变化率：

式中θ为GPP年际变化率，n为年际长度19，如果》0，则表明年际变化率是正值，GPP在逐年增加;反之，则减少。

变化趋势的显著性检验方法采用F检验，公式（2）为：

U称为回归平方和，Q为剩余平方和。最终将其分为3个等级：显著增加、基本不变、显著减少。

2结果与分析

2.1中国草地GPP空间变化分析

绝大多数草地GPP的变化速率在-0.9～1gCm-2a-1之间，该区域GPP趋势变化不够明显。主要分布在青藏高原地区、内蒙古部分地区以及新疆北部，该区域占全国草地总面积的70.9%;四川、甘肃、山西、云贵部分地区GPP增长速率最为显著，增长速率为4～19gCm-2a-1，占了总草地面积的3.8%，总体上来说，高寒地区草地平均GPP基本不变，而云贵高原地区以及内蒙古地区草地GPP显著增加。

2.2气候因子对草地GPP的影响

从2000-2017年6月全国平均气温变化趋势图中可以看出2000-2017年全国气温逐渐呈。升趋势，，上升速率为0.0755C/，范围在20C～25C之间，波动较大，其中2003-2005年呈上升趋势，2005年达到最高值24.8C，之后又急剧降低;2006年后气温又逐渐开始回升，2011年又开始下降，2007-2011基本不变，2001年6月全国气温达到最低值20.8C。

从2000-2017年6月全国降水均值中可以看出2000-2017年全国降水总体上呈下降趋势;下降速率为-1.5618mm/a，效果并不显著且降水量年际波动较大，2012年达到最小值110.5mm，2011年达到最大值157.7mm。

由2000-2018年6月草地GPP均值变化趋势中可知，近19年草地GPP呈增长趋势，其增长速率为0.0962gCm-2a-1;除了2001年、2009年变化较大外，其余年份草地GPP均值总体上变化趋势较为稳定，基本上在16-20gC/m？/a之间波动。GP的变化趋势在某种程度反映了植被的生长状况，而自然环境的变化可以直接影响植被的生长趋势;2008年1月初，中国绝大多数地区经历了极其严重的冰雪灾害，多数农作物和植被严重冻伤，导致2008-2009年草地GPP值急剧下降;2009年后草地长势逐渐变好，因此2009-2018年草地GP值也随之上升。

由2000-2017年6月全国日照长度均值中可以看出，2000-2017年全国日照时长星上升趋势，且年均值波动较大，介于150～200h之间，上升速率为0.2604h/ao其中2000年达到最小值153.7h，2006年达到最大值184.3h，之后又急剧下降，2009年趋于稳定。

2000-2017年GPP的最高值正好对应了日照长度的最高值，而年均降水量的最高值正好对应了GPP的趋势图的局部最低点，因此，可以判断出年平均气温和日照长度与年GPP均值呈正相关，年均降水量与GPP均值呈负相关。2000-2017年GPP均值与气温的相关系数为0.30，与日照长度的相关系数为0.07，和降水的相关系数为-0.10，可以看出气温相较降水量和日照长度来说与GPP的相关性更加显著，这说明温度在年际尺度上对草地GPP起着重要的作用。GPP年均值与降水和气温的复相关系数达到了0.819，说明在年际变化中，中国草地GPP年均值是受气温和降水等气候因子共同决定的。

3讨论

3.12000-2018年GPP总值呈缓慢上升趋势且年际波动较大

其上升速率为0.3688gCm-2a-1，GPP值的变化在一定程度上可以反映出草地的生长趋势，所以可以判断出，近19年来草地生长态势良好，各种环境因素都在朝着有利于草地生长的趋势发展。

3.2气候变化是影响陆地植被的主要因素

降水量升可以降低气温，由此抑制草地的生长，因此草地GPP与降水的负相关关系的实际作用机制是气温的影响。

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