北方农牧交错区干旱特征变化及其对植被总初级生产力的影响

作者：周温存; 刘正佳; 王坤; 邹时林; 钟会民; 陈芳鑫

来源：地球信息科学学报, 2023, 25(02): 421-437.

• 植被总初级生产力
• 小波分析
• 干旱特征
• 游程理论
• 趋势分析
• 偏相关分析
• 相对贡献率

北方农牧交错区地处半湿润/半干旱生态脆弱过渡带,干旱是影响该区植被生产力的关键因素之一。探究干旱对植被总初级生产力的影响,对深刻理解气候变化下生态系统生产力变化响应特征及优化区域碳水循环具有重要意义。为了更好地了解水分限制区不同干旱特征对GPP影响,本研究以北方农牧交错区为例,基于长时间序列的标准化降水蒸散发指数(SPEI3,1900—2020年)和植被总初级生产力(GPP,1982—2018年)等数据,首先采用小波分析明确SPEI3与GPP强相关周期,在此基础上利用游程理论识别干旱特征,进而分析了北方农牧交错区干旱特征与GPP的变化趋势,最后厘定了不同干旱特征对GPP的影响。结果表明:(1) 1982—2018年北方农牧交错区SPEI3与GPP在半年周期和年周期存在显著相关关系,滞后效应随时间变化而变化;年际分析能够减弱滞后效应对SPEI3与GPP相关性的影响;(2) 1900—2020年北方农牧交错区干旱历时、干旱烈度和烈度峰值均呈现显著增加趋势,干旱烈度随着干旱历时和烈度峰值的增加而加剧,干旱特征高值区往往具有更强的增加趋势;(3) 1982—2018年北方农牧交错区GPP总体呈现增加趋势,GPP高值区表现出更强的增加趋势;(4)不同干旱特征对GPP变化的影响不同,贡献率绝对值表现为干旱烈度>干旱历时>烈度峰值;整体来看,干旱特征共同解释了GPP变化面积的18.1%,干旱历时和干旱烈度显著抑制GPP增加;(5)不同的土地利用上植被GPP变化对干旱特征响应不同,乔木和灌木GPP下降主要来自干旱历时的负贡献,草地和耕地GPP下降则由干旱烈度的负贡献主导。