氣候變化背景下羌塘國家自然保護(hù)區(qū)植被凈初級(jí)生產(chǎn)力時(shí)空變化*

周刊社，杜 軍，沈 旭，蒲桂娟，張東東，黨雪妮

（1.西藏自治區(qū)氣候中心，拉薩 850001；2.西藏高原大氣環(huán)境科學(xué)研究所，拉薩 850001；3.西藏自治區(qū)大氣探測(cè)技術(shù)與裝備保障中心，拉薩 850001；4.林芝市氣象局，林芝 850400）

羌塘國家自然保護(hù)區(qū)是僅次于丹麥格陵蘭國家公園的世界第二大陸地自然保護(hù)區(qū)，也是平均海拔最高的自然保護(hù)區(qū)。該區(qū)域氣候寒冷干燥，空氣稀薄，自然環(huán)境惡劣，植被類型簡(jiǎn)單，為典型的高原荒漠生態(tài)系統(tǒng)。IPCC 第五次評(píng)估報(bào)告（AR5）第一工作組（WGI）報(bào)告指出，1880-2012年全球海陸表面平均溫度呈線性上升趨勢(shì)，升高了0.85℃；2003-2012年平均溫度比1850-1900年上升了0.78℃，溫室氣體排放以及其它人類活動(dòng)可能是20世紀(jì)中期以來全球氣候變暖的主要原因[1]。中國在持續(xù)的全球氣候變暖趨勢(shì)下，年均氣溫在過去100a 升高了0.5～0.8℃，略高于全球水平[2]；隨著氣候變暖，中國極端最低氣溫上升，氣溫日變化減小，夏季高溫?zé)崂嗽龆?，霜凍日?shù)下降，寒潮明顯減少，同時(shí)也導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了明顯變化[3]。杜軍發(fā)現(xiàn)1961-2000年西藏高原平均氣溫升溫率為0.26℃·10a-1，明顯高于全國和全球水平[4]；大部分地區(qū)年降水量呈增加趨勢(shì)[5]。預(yù)估研究表明，到21世紀(jì)末期（2081-2100年），全球平均地表溫度將在1986-2005年的基礎(chǔ)上升高0.3～4.8℃[6]，其中在RCP2.6 情景下可能上升0.3～1.7℃，RCP4.5 情景下可能上升1.1～2.6℃，RCP6.0情景下可能上升1.4～3.1℃，而在RCP8.5 情景下可能上升2.6～4.8℃[1]。隨著全球氣候變化，羌塘國家自然保護(hù)區(qū)氣候環(huán)境和生態(tài)環(huán)境必然受到影響，甚至變化更為敏感和劇烈。

自然植被凈初級(jí)生產(chǎn)力（NPP），也稱凈第一性生產(chǎn)力，是指植物群落在自然環(huán)境條件下，通過光合作用，在單位時(shí)間、單位面積上所積累的有機(jī)干物質(zhì)的數(shù)量，是由光合作用所產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)總量中扣除自養(yǎng)呼吸后的剩余部分[7]。植被NPP 是地表碳循環(huán)的重要組成部分，能反映植被群落在自然環(huán)境條件下的實(shí)際生產(chǎn)能力，表征陸地生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量狀況。植被NPP 廣泛應(yīng)用于植被長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、土地利用評(píng)價(jià)、區(qū)域生態(tài)規(guī)劃、生態(tài)效益評(píng)估等方面。目前關(guān)于植被NPP 估算的統(tǒng)計(jì)模型有根據(jù)氣溫、降水建立的Miami 模型[8]、基于蒸散建立的Thornthwaite Memorial 模型[9]、根據(jù)凈輻射和輻射干燥度建立的Chikugo 模型[10]等；朱志輝[11]改進(jìn)Chikugo 模型建立了北京模型，周廣勝等[12]聯(lián)系植物生理生態(tài)特性和水熱平衡關(guān)系建立了綜合植被模型。張憲洲等[13-14]分別利用Miami 模型、Thornthwaite Memorial 模型、Chikugo 模型對(duì)中國自然植被NPP 進(jìn)行了分析，并對(duì)模型估算精度進(jìn)行了比較。另外，國內(nèi)學(xué)者在模型的推廣應(yīng)用方面也作了不少探索[15-19]。遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)使在空間上和時(shí)間上大范圍的植被NPP 估算成為可能，促進(jìn)了植被NPP 從傳統(tǒng)測(cè)量向模型估算轉(zhuǎn)變，研究人員根據(jù)遙感資料和植被生物量建立了很多植被NPP 遙感反演模型[20-25]。盡管遙感反演模型能較真實(shí)反映陸地植被NPP 時(shí)空分布狀況，且具有以面代點(diǎn)、監(jiān)測(cè)方便等優(yōu)勢(shì)，但大多由于地面觀測(cè)數(shù)據(jù)較少，遙感數(shù)據(jù)的分辨率不高，植被指數(shù)受背景干擾嚴(yán)重等原因?qū)е逻b感反演模型預(yù)估精度不高；而Miami 模型和Thorthwaite Memorial 模型仍然在簡(jiǎn)單明確、方便易用等方面具有優(yōu)勢(shì)，能反映影響植被生長(zhǎng)發(fā)育的氣溫、降水和蒸散等關(guān)鍵因子特點(diǎn)，也能客觀表述不同生態(tài)環(huán)境下植被NPP 狀況，所以在植被NPP 估算中仍然得到廣泛應(yīng)用。

全球氣候變暖已是不爭(zhēng)的事實(shí)，保護(hù)區(qū)氣候變化更加敏感。目前羌塘國家自然保護(hù)區(qū)（以下簡(jiǎn)稱保護(hù)區(qū)）還存在大片的氣象觀測(cè)空白，無法滿足天氣預(yù)報(bào)、氣候預(yù)測(cè)的需要，也缺乏有針對(duì)性的、連續(xù)的植被變化監(jiān)測(cè)。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的嚴(yán)重不足導(dǎo)致對(duì)保護(hù)區(qū)氣候變化的幅度和影響程度還不十分清楚，增大了區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)難度，關(guān)于該區(qū)域自然植被NPP變化的研究也鮮見報(bào)道。因此，研究保護(hù)區(qū)植被NPP空間分布格局、演變特征及其氣候影響機(jī)理，對(duì)于維持羌塘草原生態(tài)系統(tǒng)平衡和生態(tài)環(huán)境保護(hù)評(píng)價(jià)十分重要。本研究利用保護(hù)區(qū)附近氣象站觀測(cè)資料、IPCC5發(fā)布的歷史氣候格點(diǎn)數(shù)據(jù)以及未來氣候預(yù)估數(shù)據(jù)，運(yùn)用Miami 模型和Thornthwaite Memorial 模型研究保護(hù)區(qū)植被NPP 可能時(shí)空分布和變化規(guī)律，為高原生態(tài)環(huán)境保護(hù)和應(yīng)對(duì)氣候變化提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)概況

保護(hù)區(qū)（32°12′-36°29′N，79°59′-90°26′E）位于西藏自治區(qū)北部，昆侖山、可可西里山以南，岡底斯山和念青唐古拉山以北，主要涉及那曲市西部的雙湖縣、尼瑪縣、安多縣以及阿里地區(qū)的日土縣、革吉縣和改則縣，總面積約29.8×104km2（圖1）。該區(qū)域分布有西北部的寒漠土地帶、西部的冷漠土地帶、北部的漠嘎土地帶和羌塘高原腹地的莎嘎土地帶[26]，植被類型以高原高寒草原、高寒草甸和高寒荒漠為主。由于保護(hù)區(qū)地處無人區(qū)，無長(zhǎng)時(shí)間序列的氣象資料，故選取距離保護(hù)區(qū)最近的5個(gè)有人值守氣象站，這些氣象站具有1971年以來完整的氣象觀測(cè)資料，距離保護(hù)區(qū)邊界垂直距離均為100km 左右，站點(diǎn)分布基本與保護(hù)區(qū)長(zhǎng)軸平行，且站點(diǎn)間緯度差異較小、經(jīng)度差異較大。以獅泉河站代表西部，改則站代表中部，申扎、班戈、安多站代表東部，利用這些站點(diǎn)的多年氣象觀測(cè)資料研究保護(hù)區(qū)附近以及保護(hù)區(qū)氣候時(shí)空變化及植被NPP 時(shí)空變化具有代表性。

1.2 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

1.2.1 DEM 數(shù)據(jù)和行政邊界

高程DEM 數(shù)據(jù)空間分辨率為30m，來自http://gdex.cr.usgs.gov/gdex/，行政邊界數(shù)據(jù)采用國家基礎(chǔ)地理信息中心發(fā)布的1∶400 萬西藏行政區(qū)劃數(shù)據(jù)。

1.2.2 歷史氣象數(shù)據(jù)和未來氣候情景數(shù)據(jù)

保護(hù)區(qū)附近5 個(gè)氣象站1971-2018年逐日降水量、氣溫資料由西藏自治區(qū)氣象信息網(wǎng)絡(luò)中心提供，已經(jīng)通過質(zhì)量控制。作為對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)值的保護(hù)區(qū)內(nèi)1960-1990年年平均氣溫、年降水量柵格數(shù)據(jù)[27]在http://www.worldclim.org/current 下載，采用“國際耦合模式比較計(jì)劃”（CMIP5）中[28-29]預(yù)估RCP4.5、RCP8.5 下的模擬結(jié)果[30]，采用 BBC-CSM1-1、MRI-CGCM3、HadGEM2-ES、IPSL-CM5A-LR、INMCM4 等共14 種模式進(jìn)行預(yù)估，以等權(quán)重加權(quán)法預(yù)估21世紀(jì)中期（2041-2060年）和21世紀(jì)后期（2061-2080年）的年平均氣溫和年降水量。這些模式的輸出結(jié)果已被證實(shí)對(duì)青藏高原地區(qū)地表氣溫和降水氣候態(tài)的空間分布型和空間變率具備較好的模擬能力[31]。

1.3 研究方法

1.3.1 線性傾向率計(jì)算

式中，Y 為研究要素，t 為年份，a0為常數(shù)項(xiàng)；a1為線性趨勢(shì)項(xiàng)，用a1×10 表示研究要素每10年的傾向率。采用F 檢驗(yàn)法對(duì)擬合的回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05，P＜0.01 和P＜0.001）。

1.3.2 植被NPP 計(jì)算

基于Miami 模型和Thornthwaite Memorial 模型，利用保護(hù)區(qū)附近氣象站點(diǎn)年平均氣溫和年降水量計(jì)算保護(hù)區(qū)附近植被NPP，同時(shí)根據(jù)保護(hù)區(qū)歷史氣候柵格數(shù)據(jù)和氣候預(yù)估數(shù)據(jù)分別計(jì)算歷史（1960-1990年）和未來不同時(shí)期（2041-2060年和2061-2080年）的植被NPP，公式分別為

Miami 模型：

Thornthwaite Memorial 模型：

其中

式中，T 為年平均氣溫（℃），R 為年降水量（mm），E 為實(shí)際年蒸散量（mm）；L 為年平均最大蒸散量（mm），是年平均氣溫T 的函數(shù)。

NPPt 為根據(jù)Miami 模型和年平均氣溫計(jì)算的植被氣溫NPP；NPPr 為根據(jù)Miami 模型和年降水量計(jì)算的植被降水NPP，根據(jù)Liebig 最小因素定律，選擇NPPt、NPPr 中最小值作為計(jì)算點(diǎn)的植被NPP 值；NPPe 為根據(jù)Thornthwaite Memorial 模型和年實(shí)際蒸散量計(jì)算的植被蒸散NPP。將NPPt、NPPr 和NPPe中最低者作為某地的自然植被標(biāo)準(zhǔn)NPP，以NPPb表示，單位均為kg·hm-2·a-1或kg·ha-1·y-1。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 軟件分析處理數(shù)據(jù)的差異顯著性和相關(guān)性，Excel 軟件制作趨勢(shì)圖，ArcGIS 軟件進(jìn)行柵格數(shù)據(jù)計(jì)算和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 保護(hù)區(qū)附近氣象站植被NPP及其限制因子分析

2.1.1 氣溫和降水量及其變化

由圖2 可見，保護(hù)區(qū)附近5 個(gè)氣象站1971-2018年年平均氣溫呈極顯著升高趨勢(shì)（P＜0.01）；年平均氣溫和氣溫傾向率均表現(xiàn)為從西部到東部逐漸變小分布，而年降水量年際間變化較大，但增加不顯著，空間上表現(xiàn)為從西部到東部逐漸變多分布。

2.1.2 植被NPP 及其變化

圖3 表明，近48a 各站NPPt 均表現(xiàn)為極顯著增加趨勢(shì)（P＜0.01），NPPt 從西向東逐漸變小，其中獅泉河站大部分年份最大，安多站所有年份均最?。▓D3a）；各站NPPr 波動(dòng)較大，增加不明顯（P＞0.05），NPPr 與NPPt 空間分布特征正好相反，表現(xiàn)為從西部向東部逐漸增大，其中獅泉河站所有年份最小，安多站大部分年份最大（圖3b）；NPPe 和NPPb 除安多站增加顯著外（P＜0.05），其余各站變化均不明顯，空間分布上表現(xiàn)為從西部向東部先增大后減小，其中獅泉河和改則站的NPPe、NPPb 均較?。▓D3c）；NPPb 與NPPe 曲線表現(xiàn)非常相似，只是個(gè)別年份略有差異（圖3d），大部分年份NPPe 能夠代表NPPb來表征植被NPP 的變化特征。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)（表1），保護(hù)區(qū)附近年平均氣溫增加率西部為0.58℃·10a-1，中部為0.53℃·10a-1，東部為0.30～0.46℃·10a-1，整個(gè)區(qū)域增溫率為0.45℃·10a-1，各站均通過顯著性檢驗(yàn)（P＜0.01）；年降水量增加率西部-0.71mm·10a-1，中部13.7mm·10a-1，東部14.4～22.4mm·10a-1，區(qū)域增加率為12.9mm·10a-1，各站均未通過顯著性檢驗(yàn)；實(shí)際年蒸散量從東部到西部表現(xiàn)為先增加再減小特征，各站年際變化不明顯。從48a 平均值來看，獅泉河、改則站由降水決定的NPPr不及NPPt，接近由蒸散決定的NPPe，初步認(rèn)為降水量是植被NPP 的限制因子；同理認(rèn)為申扎、班戈、安多站蒸散量可能為植被NPP 的限制因子。利用近48a 的NPPb 與氣溫、降水量和蒸散量建立線性回歸模型發(fā)現(xiàn)，三者均與NPPb 極顯著正相關(guān)（P＜0.001）。在只考慮單因素對(duì)NPPb 的影響時(shí)，氣溫每升高（降低）0.1℃，NPPb 將增加（減少）41.1kg·hm-2·a-1；降水量每增加（減少）1.0mm，NPPb 將增加（減少）9.2kg·hm-2·a-1；蒸散量每增加（減少）1.0mm，NPPb將增加（減少）24.5kg·hm-2·a-1。對(duì)保護(hù)區(qū)附近5 個(gè)氣象站1971-2018年各年代的NPPt、NPPr、NPPe 及NPPb 平均值進(jìn)行差異顯著性比較發(fā)現(xiàn)（表2），NPPt 在不同年代隨著氣溫的升高逐年代增大，20世紀(jì)80-90年代相對(duì)于20世紀(jì)70年代顯著增加，21世紀(jì)的前2 個(gè)年代與20世紀(jì)所有年代相比均顯著增加（P＜0.05），說明NPPt 發(fā)生了較為顯著的年代際變化。NPPr 在20世紀(jì)不同年代變化不明顯，21世紀(jì)的前2 個(gè)年代與20世紀(jì)70-90年各年代相比增加顯著，NPPe、NPPb 與NPPr 的年代際變化特征相似。整體來看，保護(hù)區(qū)的植被NPP主要?dú)夂蛳拗埔蜃邮怯蓺鉁睾徒邓餐瑳Q定，但NPPe 不是所有年份都最小；當(dāng)?shù)貙?shí)際年蒸散量（E）與年降水量（R）的比值及年平均最大蒸散量（L）與年降水量（R）的比值能夠表述年干燥程度，保護(hù)區(qū)附近水熱配比年代際間差異不顯著，年最大蒸散量及年平均實(shí)際蒸散量與降水量變化趨勢(shì)一致性較強(qiáng)；整個(gè)區(qū)域NPPt 大于NPPr ，NPPt 與NPPr 的比值呈微弱增大趨勢(shì)，但年代際差異不顯著。

表1 1971-2018年5 個(gè)氣象站氣象要素和平均植被NPP 及其線性變化傾向率Table 1 Mean annual meteorological elements and average annual vegetation NPP（kg·ha-1·y-1）and linear change tendency rates at five meteorological stations from 1971 to 2018

表2 1971-2018年保護(hù)區(qū)附近5 個(gè)氣象站平均植被NPP 的年代際變化Table 2 Interdecadal variation of vegetation NPP（kg·ha-1·y-1）of five meteorological stations near Qiangtang National Nature Reserve from 1971 to 2018

2.1.3 植被NPP 限制性氣象因子分析

對(duì)各植被NPP 做差值運(yùn)算，以便能更清楚地描述植被NPP 限制因子的年際變化。植被氣溫NPP 與植被降水NPP 的差值（NPPt-NPPr）變化顯示（圖4a），獅泉河站年際間呈極顯著增加趨勢(shì)（P＜0.01），改則站增加不明顯，且兩站大部分年份均大于2000kg·hm-2·a-1，顯然降水是該區(qū)域植被NPP 限制因子；申扎、班戈站差值變化曲線在0 值線附近上下波動(dòng)，氣溫和降水可能交替成為限制因子，所以受蒸散影響更大；安多站變化曲線幾乎全在0 值線以下，氣溫是該站絕大部分年份的植被NPP 限制因子。植被氣溫NPP 與蒸散NPP 的差值（NPPt-NPPe）從西部的獅泉河站到東部的安多站逐漸減小，但幾乎都大于0，僅安多2001年后小于0 的年份增多。安多站可能由于氣溫明顯升高導(dǎo)致蒸散變化，致使NPPe 的增加幅度大于NPPt 增加幅度，限制因子有從蒸散轉(zhuǎn)換為氣溫的趨勢(shì)（圖4b）。植被降水NPP與蒸散NPP 的差值（NPPr-NPPe）顯示（圖4c），安多站均值在3000kg·hm-2·a-1上下波動(dòng)，且均大于400kg·hm-2·a-1，表明降水不是該地植被NPP 限制因子；獅泉河和改則站大部分年份小于0，降水應(yīng)該是當(dāng)?shù)刂脖籒PP 的主要限制因子，申扎站大部分年份在0 值線附近上下波動(dòng)，降水和蒸散交替成為限制因子；班戈、安多站大部分年份大于0，蒸散在該區(qū)域起到明顯的主導(dǎo)作用。植被蒸散NPP 與植被標(biāo)準(zhǔn)NPP 的差值（NPPe-NPPb）均小于600kg·hm-2·a-1，申扎、班戈、安多站大部分年份等于0，獅泉河、改則站大部分年份大于0（圖4d），說明申扎、班戈、安多站植被NPP 表現(xiàn)為大部分年份由氣溫和降水共同決定，而獅泉河、改則站NPPe 則并非最小，可能是因?yàn)檫@兩站大部分年份受降水少限制而導(dǎo)致NPPr小于NPPe。由此可初步推論，研究區(qū)植被NPP 的限制因子，西部、中部主要由降水決定，而東部主要為蒸散，東部限制因子有從蒸散轉(zhuǎn)換為氣溫的趨勢(shì)。

2.2 模擬基準(zhǔn)期氣候條件下植被NPP及其限制因子

為了研究保護(hù)區(qū)植被NPP 常態(tài)空間分布情況，利用1960-1990年期間的年平均氣溫和年降水量柵格數(shù)據(jù)分別對(duì)區(qū)域NPPt、NPPr、NPPe、NPPb 進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果顯示，NPPt 在核心區(qū)為2001～4000kg·hm-2·a-1，大部分地區(qū)為3001～4000kg·hm-2·a-1；以核心區(qū)為界，北部緩沖區(qū)情況與核心區(qū)類似，南部緩沖區(qū)3001～5000kg·hm-2·a-1，南部緩沖區(qū)明顯高于北部緩沖區(qū)；實(shí)驗(yàn)區(qū)主要分布在保護(hù)區(qū)的南部邊緣，除兩端少部分區(qū)域較小外，大部分區(qū)域NPPt 在4001～6000kg·hm-2·a-1，西南部部分區(qū)域NPPt 在6001～7000kg·hm-2·a-1（圖5a）。由于降水量與地理位置、地形及雨季早晚緊密相關(guān)，NPPr 呈現(xiàn)從西北部向東南部增加的帶狀分布，分布條帶與緯度線呈一定夾角，其中西北部1001～2000kg·hm-2·a-1，東南部3001～5000kg·hm-2·a-1（圖5b）。NPPe 是氣溫和降水綜合效應(yīng)的結(jié)果，大部分區(qū)域在 1001 ～3000kg·hm-2·a-1，南部3001～4000kg·hm-2·a-1，整體表現(xiàn)為西北部較小，東南部較大；區(qū)域上降水比氣溫影響大，小范圍氣溫影響也很明顯（圖5c）。NPPb與NPPe 空間分布極為相似，僅在實(shí)驗(yàn)區(qū)的西南部稍有區(qū)別（圖5d）。

對(duì)1960-1990年平均氣候態(tài)下的NPPt、NPPr、NPPe 和NPPb 分別進(jìn)行柵格差值運(yùn)算結(jié)果表明，NPPt 與NPPr 的差值（NPPt-NPPr）在保護(hù)區(qū)西部為1001～3000kg·hm-2·a-1，中部1～2000kg·hm-2·a-1，東部少部分區(qū)域-999～1kg·hm-2·a-1；緩沖區(qū)絕大部分區(qū)域在1001～4000kg·hm-2·a-1，只有南部緩沖區(qū)的東部小于0；實(shí)驗(yàn)區(qū)西部區(qū)域在1001～5000kg·hm-2·a-1，東部少部分區(qū)域小于0（圖6a）。初步認(rèn)為保護(hù)區(qū)植被NPP 西部受降水限制，東部少部分區(qū)域受氣溫限制，在從東部到西部的某些過渡區(qū)域可能受氣溫和降水共同決定。NPPt-NPPe 在保護(hù)區(qū)絕大部分區(qū)域處于1001～4000kg·hm-2·a-1，僅南部緩沖區(qū)東部和實(shí)驗(yàn)區(qū)東部小于1000kg·hm-2·a-1。初步認(rèn)為整體上保護(hù)區(qū)植被NPP 由氣溫和降水共同決定，只有保護(hù)區(qū)東南部小部分區(qū)域受到氣溫限制（圖6b）。NPPr-NPPe在保護(hù)區(qū)大部分區(qū)域在1000kg·hm-2·a-1以下，東部少部分區(qū)域?yàn)?001～4000kg·hm-2·a-1，南部緩沖區(qū)中部及實(shí)驗(yàn)區(qū)中部小于0。認(rèn)為西南部主要受降水限制，其它區(qū)域受氣溫和降水共同決定（圖6c）。圖6d 表明，NPPe 與NPPb 除在西南部小部分區(qū)域有很小差別外，其它區(qū)域大小一致，說明絕大部分區(qū)域植被蒸散NPP 可以用來代表植被標(biāo)準(zhǔn)NPP。

2.3 未來氣候情景下保護(hù)區(qū)植被NPP及其限制因子

與基準(zhǔn)期相比較，在CMIP5 氣候模式RCP4.5情景下，21世紀(jì)中期（2041-2060年）相對(duì)于1960-1990年保護(hù)區(qū)內(nèi)大部分區(qū)域的 NPPt 增加501～1500kg·hm-2·a-1，實(shí)驗(yàn)區(qū)西南部增加1001～2000kg·hm-2·a-1（圖7a），均呈斑塊狀分布。圖7b顯示，NPPr 增加量呈帶狀分布，西北部增加200～500kg·hm-2·a-1，中部大部分區(qū)域增加 501 ～1000kg·hm-2·a-1，東南部增加1001～1500kg·hm-2·a-1；核心區(qū)、緩沖區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)NPPt 增加量均表現(xiàn)為東南部大于西北部。NPPe 在西部增加1～500kg·hm-2·a-1，中部增加501～1000kg·hm-2·a-1，東部增加1001～1500kg·hm-2·a-1， 極少數(shù)地區(qū)增加 1501 ～2000kg·hm-2·a-1（圖7c）。NPPb 與NPPe 增加量的分布情況非常相似，NPPb 只是增加量在 1 ～500kg·hm-2·a-1的面積要比NPPe 大一些（圖7d）。

21世紀(jì)后期（2061-2080年）植被NPPt 絕大部區(qū)域增加501～1500kg·hm-2·a-1，少部分區(qū)域增加1501～2500kg·hm-2·a-1，極少部分區(qū)域增加2501～3000kg·hm-2·a-1（圖 8a），增加量在 1001 ～1500kg·hm-2·a-1區(qū)間的面積較21世紀(jì)中期擴(kuò)大較多；NPPr 增加200～500kg·hm-2·a-1的面積較中期有所減小，增加1001～1500kg·hm-2·a-1的面積有所增加（圖 8b）；NPPe 較21世紀(jì)中期增加1～500kg·hm-2·a-1的面積有所減小，增加1001～1500kg·hm-2·a-1的面積明顯增大（圖8c）；NPPb 增加情況與21世紀(jì)中期相比其變化與NPPe 較為一致（圖8d），在東部增加量達(dá)2001～3000kg·hm-2·a-1的面積明顯增加。

在RCP8.5 情景下，未來不同時(shí)期各植被NPP均呈增加趨勢(shì)，且與RCP4.5 情景下同期相比增加明顯。21世紀(jì)中期保護(hù)區(qū)絕大部分區(qū)域NPPt 增加501 ～1500kg·hm-2·a-1， 西南部增加 1501 ～2500kg·hm-2·a-1，實(shí)驗(yàn)區(qū)西南區(qū)域增加 1501 ～3000kg·hm-2·a-1（圖9a）；NPPr 增加量呈帶狀分布，西北部增加200～500kg·hm-2·a-1，東南部增加1001～1500kg·hm-2·a-1；與RCP4.5 情景下同期比較，增加量在200～500kg·hm-2·a-1區(qū)間的面積明顯變小，增加量在1001～1500kg·hm-2·a-1區(qū)間的面積明顯變大（圖9b）；NPPe 與RCP4.5 情景下同期比較，西部增加200～500kg·hm-2·a-1和501～1000kg·hm-2·a-1的區(qū)域面積明顯縮小， 而東部增加 1501 ～2500kg·hm-2·a-1的區(qū)域面積明顯變大，且東部小部分區(qū)域增加2001～3000kg·hm-2·a-1（圖9c）；與RCP4.5情景下同期比較，NPPb 增加1001～1500kg·hm-2·a-1的面積變化不大，但增加2001～2500kg·hm-2·a-1的區(qū)域明顯變大（圖9d）。

21世紀(jì)后期，植被NPPt 在大部區(qū)域增加1501～3 0 0 0 k g·h m-2·a-1，部分區(qū)域增加達(dá) 3 0 0 1 ～3500kg·hm-2·a-1，增加量呈斑塊狀鑲嵌分布（圖10a）；在相同排放情景下，NPPr 較21世紀(jì)中期增加200～500kg·hm-2·a-1的面積明顯減小，增加1501～2000kg·hm-2·a-1的面積明顯增大，實(shí)驗(yàn)區(qū)東南部少部分區(qū)域增加量達(dá)2001～2500kg·hm-2·a-1（圖10b）；NPPe 較21世紀(jì)中期增加1～1000kg·hm-2·a-1的面積明顯縮小，增加1501～2500kg·hm-2·a-1的面積大幅增加，東南部出現(xiàn)增加2501～3500kg·hm-2·a-1的區(qū)域（圖10c）；NPPb 與21世紀(jì)中期相比增加值較小的面積明顯變小，且出現(xiàn)了較大范圍增加2001～3000kg·hm-2·a-1的區(qū)域（圖10d）。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

（1）保護(hù)區(qū)附近年平均氣溫均表現(xiàn)為年際極顯著增加趨勢(shì)，從西部到東部漸低；年降水量年際變化較大，增加不明顯，從西部到東部漸多。各站NPPt從西部向東部逐漸變小，NPPr 從西部向東部逐漸增大，NPPe 和NPPb 表現(xiàn)為從西部向東部先增大后減小。獅泉河、改則站植被NPP 限制因子為降水量；申扎、班戈站植被NPP 限制因子為蒸散量，安多植被NPP 限制因子為蒸散量或氣溫。

（2）保護(hù)區(qū)附近氣溫、降水量和蒸散量均與NPPb 呈極顯著正相關(guān)。在只考慮單因素對(duì)NPPb 的影響時(shí)，保護(hù)區(qū)植被NPP 增減效應(yīng)表現(xiàn)為氣溫＞蒸散量＞降水量。21世紀(jì)所有年代NPPt、NPPr、NPPe、NPPb 與20世紀(jì)所有年代相比均顯著增大。NPPt 與NPPr 比值呈微弱增大趨勢(shì)，年代際變化不明顯；氣溫升高導(dǎo)致最大蒸散量和年平均實(shí)際蒸散量的變化與降水量的變化較同步。

（3）保護(hù)區(qū)1960-1990年植被NPP 東南部大于西北部，植被NPP 限制因子西部為降水量，中部為蒸散量，東部為蒸散量或氣溫。不同排放情景下，未來不同時(shí)期相對(duì)于1960-1990年植被NPPt、NPPr、NPPe 和NPPb 均有明顯提高。在同一排放情景下，21世紀(jì)后期與21世紀(jì)中期相比，植被NPP 增加的區(qū)域面積明顯增大，且從西北向東南推移；在同一時(shí)期，RCP8.5 情景下植被NPP 明顯大于RCP4.5 情景下。保護(hù)區(qū)在暖濕化氣候變化趨勢(shì)下，植被NPP均有所增加，在寒冷濕潤的東南部增加幅度較大，而在寒冷干旱的西北部增加幅度較小。保護(hù)區(qū)未來氣溫升高，降水增多可以提高植被NPP，對(duì)該區(qū)域生態(tài)環(huán)境恢復(fù)和生態(tài)質(zhì)量提高有利。

3.2 討論

利用保護(hù)區(qū)附近5 個(gè)氣象站長(zhǎng)期觀測(cè)資料和保護(hù)區(qū)再分析資料研究保護(hù)區(qū)氣候變化特征，具有較好的代表性。過去48a 和未來氣候均呈“暖濕化”的變化趨勢(shì)有利于植被NPP 的提高。保護(hù)區(qū)植被NPP的空間分布特征與侯富強(qiáng)等[23]基于MODIS 數(shù)據(jù)研究認(rèn)為保護(hù)區(qū)東部無明顯荒漠化現(xiàn)象，中部荒漠化程度較輕，而西部荒漠化較為嚴(yán)重的分布特征有較好的相互印證關(guān)系，也與張久華[32]認(rèn)為保護(hù)區(qū)植被覆蓋度自東南向西北遞減有較好的對(duì)應(yīng)性。吳曉萍等[33]研究認(rèn)為2001-2010年保護(hù)區(qū)東部NDVI 呈顯著上升趨勢(shì)，植被覆蓋增加，中部和西部呈下降趨勢(shì)，植被覆蓋減少，這一結(jié)論也得到了本研究同期植被標(biāo)準(zhǔn)NPP 變化趨勢(shì)的間接驗(yàn)證。在全球變暖的大背景下，保護(hù)區(qū)持續(xù)干旱日數(shù)趨于減少，干旱的幾率降低[34]，加之羌塘高原氣候呈“暖濕化”趨勢(shì)[35-37]，這種氣候變化趨勢(shì)有利于植被生長(zhǎng)和生態(tài)環(huán)境的改善。但是也要考慮到西北部氣溫升高可能導(dǎo)致水分蒸發(fā)加大，產(chǎn)生區(qū)域性干旱；西部干旱缺水一直是導(dǎo)致當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境脆弱的主要原因，在干旱年份植被受到嚴(yán)重威脅時(shí)有發(fā)生，生態(tài)環(huán)境的整體向好不能代替干旱年份局部惡化；東部降水量較多地區(qū)隨著氣溫升高生態(tài)環(huán)境可能會(huì)得到有效改善。

利用保護(hù)區(qū)附近西藏行政區(qū)域內(nèi)的氣象站觀測(cè)資料和氣候再分析資料來評(píng)價(jià)雖具有一定的代表性，但也存在一定的誤差。從時(shí)間尺度上看，近幾十年與地質(zhì)年代相比十分短暫，但植被NPP 也表現(xiàn)出明顯的年際和年代際變化特征。另外本研究未考慮冰川融水、湖泊面積變化等對(duì)當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境的影響，如果在保護(hù)區(qū)建立氣象觀測(cè)站和植被生態(tài)監(jiān)測(cè)站，增加保護(hù)區(qū)周邊新疆、青海區(qū)域內(nèi)的氣象站資料則研究結(jié)果將更具有代表性。植被NPP 的大小與當(dāng)?shù)貧鉁?、降水、輻射、土壤肥力、植被狀況等有很大關(guān)系，Miami 模型和Thornthwaite Memorial 模型只是一種估算方式，這些氣候模型大都只考慮了氣溫、降水和潛在蒸散，而未考慮到太陽輻射、光能利用率等參數(shù)，具有一定局限性。另外，植被NPP預(yù)估是建立在氣候模式預(yù)估氣溫和降水的基礎(chǔ)上，氣候預(yù)估模式精度的提高對(duì)區(qū)域未來植被NPP 研究和生態(tài)環(huán)境評(píng)估十分重要。由于條件限制，并未對(duì)氣象站附近和保護(hù)區(qū)內(nèi)實(shí)際植被NPP 進(jìn)行持續(xù)測(cè)定以驗(yàn)證模型估算潛在植被NPP 的準(zhǔn)確性。今后實(shí)地測(cè)定植被NPP 變化以改進(jìn)植被NPP 氣候估算模型，結(jié)合構(gòu)建保護(hù)區(qū)植被NPP 遙感反演模型將是保護(hù)區(qū)自然植被生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)估的有效方法。