若尔盖植被净初级生产力时空变化及其与气候因子的关系
刘贤
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刘贤,. 若尔盖植被净初级生产力时空变化及其与气候因子的关系[J]. 气候变化研究,20251. DOI:10.12721/ccn.2025.157006.
摘要: 湿地在区域发展和环境保护中发挥着重要作用。植被净初级生产力(NPP)作为衡量生态系统健康的重要指标,能够反映生态系统的可持续发展。利用2000-2018年MODIS-NPP数据,基于Thiel-Sen趋势分析、偏相关分析和复相关分析,逐像元分析了若尔盖地区NPP的时空格局、动态变化特征及NPP与气候因子的相关性。
关键词: NPP;Thiel-Sen趋势分析;偏相关分析;复相关分析
DOI:10.12721/ccn.2025.157006
基金资助:

量化生态系统生产力的趋势对于理解观察到的和预期的环境变化的反映直观重要。最近出现的气候限制缓解措施提高了全球植被生产力,尽管存在明显的地区差异,净初级成产力(NPP)既有较强的正向变化,也有负向变化。本文选择位于青藏高原东北部的若尔盖地区作为研究区,分析NPP的时空变化及其与气候因子的关系。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

 MODIS NPP数据来自美国航空航天局(NASA)的MOD17A3HGF数据。气温和降水因子来自中国气象科学数据共享服务网。

1.2 研究方法

利用Thiel-Sen趋势分析判断长时间序列数据的变化趋势,利用偏相关分析和复相关分析NPP与气候因子的相关性。相关公式参见文献。

2 结果与分析

2.1 NPP时空变化特征

若尔盖地区2000-2018年植被NPP在整体上呈波动增加趋势。植被年NPP总量在59.048-68.372 TgC之间,多年平均为63.582 TgC;全区年NPP均值在349-406 gCm-2a-1之间,多年平均为376 gCm-2a-1。从2000年59.048 TgC到2018年的66.708 TgC,平均增速为0.403 TgC/a。有研究表明,1961-2008期间我国年NPP总量的均值为3.8 PgC/a,本研究区面积占大陆面积0.108 %,而NPP总量却占到了全国的1.67 %,这反映了同时期若尔盖湿地生态系统植被NPP高于全国平均水平。若尔盖地区2000-2018年植被NPP年际变化介于-12.47-33.75 gC·m-2a-1之间,NPP下降区域仅占7%左右,除了在东部和中北部比较集中外,其余零散分布在全区。研究区内的平均变化率为1.564 gC·m-2a-1,NPP增长速率在0-3 gC·m-2a-1之间的占比约86%

通过Theil-Sen趋势分析和Mann-Kendall检验,将结果分为极显著增加/减少(P<0.01),显著增加/减少(P<0.05),弱显著增加/减少(P<0.1)和无显著变化7个级别。统计结果表明,若尔盖地区59.24%区域植被NPP无显著变化,减少的区域仅占0.35%,显著增加和极显著增加占25.65%,主要分布在若尔盖县中部,阿坝县与玛曲县及红原县的交界处。

2.2 NPP与气温的偏相关分析

植被NPP与气温的偏相关性分析显示,植被年NPP均值与年气温的相关系数在-0.7038—0.9699之间,正、负相关的区域分别占研究区面积的97.8%、2.2%,负相关区域主要在东部和红原县的东南部,阿坝县与玛曲县、若尔盖县的交界沿线正相关系数高。研究区内有38.72%的区域通过了P<0.01水平的t显著性检验,分布在中部的玛曲县域阿坝县交界处等地。

2.3 NPP与降水的偏相关分析

由植被NPP与降水量的偏相关性分析可知,植被年NPP均值与年降水量的相关系数介于-0.981—0.7839之间,正、负相关的区域分别占研究区面积的15%、85%。呈正相关的区域主要集中在西北部碌曲县、东南部的阿坝县以及碌曲县、玛曲县和若尔盖县交界沿线。负相关区域主要分布在若尔盖地区东部以及玛曲县与阿坝县、若尔盖县与红原县的交界沿线。由t检验可知,有5.18%的区域通过了P<0.01水平的显著性检验(在东部和中部县交界沿线)。另外,NPP与降水、气温的偏相关系数在中部(特别是阿坝县与若尔盖县、玛曲县的交界处)存在正负相关性互补现象,而在西南部、若尔盖县的西北部以及红原县的东部NPP的气温、降水的偏相关系数已知。整体而言,若尔盖地区2000—2018年植被NPP与气温、降水的偏相关系数的平均值分别为0.5065、-0.2332,植被NPP与气温呈正相关性、与降水呈负相关性的特征明显。

2.4 NPP与气温、降水的复相关分析

由植被年NPP均值与平均气温和降水量的复相关分析可知,NPP与气候因子(年平均气温、年累积降水)的复相关系数在0.0049—0.9702之间。整体而言,植被NPP与气候因子的复相关性较强的区域主要集中在东南部、东北部。复相关性较弱的区域分布在中部的阿坝县与玛曲县、若尔盖县的交界沿线。

2.5 NPP变化驱动分区

由若尔盖地区NPP变化驱动分区结果可得出:①2000-2018年植被NPP变化受气温、降雨驱动的区域主要集中在若尔盖地区的中部特别是红原县的北部,面积占研究区面积的4.53%;②以气温为要驱动因素的区域占研究区面积的36.14%,分布在中部、北部和西南部;③有3.49%区域以降雨为主要驱动因素,主要集中在东部;④剩余地区(除去水体、城市/建筑群)属于非气候因素驱动的区域外,若尔盖地区植被NPP还有55.84%属于非气候因素驱动。

3 结论

 本文基于MODIS NPP数据和气象数据,利用Thiel-Sen趋势分析、偏相关分析和复相关分析等方法,分析了若尔盖地区植被净初级生产力的时空变化特征。结果表明:

(1)2000-2018年若尔盖湿地生态系统植被NPP总量高于全国平均水平。研究区内的平均变化率为1.564 gC·m-2a-1。

(2)若尔盖有97.8%的地区植被NPP与气温呈正相关,有85%的区域植被NPP与降水呈负相关。

(3)植被NPP与气候因子的复相关性较强的区域主要集中在东南部、东北部。复相关性较弱的区域分布在中部的阿坝县与玛曲县、若尔盖县的交界沿线。

(4)2000-2018年植被NPP变化受气温、降雨驱动的区域主要集中在若尔盖地区的中部特别是红原县的北部,面积占研究区面积的4.53%;以气温、降水为主要驱动因素的区域占研究区面积的36.14%和3.49%,若尔盖地区植被NPP还有55.84%属于非气候因素驱动。

参考文献

[1] Kamali Alireza,Khosravi Mahmood,Hamidianpour Mohsen. Spatial–temporal analysis of net primary production (NPP) and its relationship with climatic factors in Iran[J]. Environmental Monitoring and Assessment,2020,192(11).

[2] 王强,张廷斌,易桂花,陈田田,别小娟,何奕萱.横断山区2004-2014年植被NPP时空变化及其驱动因子[J].生态学报,2017,37(09):3084-3095.