CMIP6模式下古尔班通古特沙漠植被NPP模拟分析

作     者：衡瑞 

作者单位：新疆农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王新军

授予年度：2023年

学科分类：07[理学] 0713[理学-生态学] 

主      题：古尔班通古特沙漠 CMIP6全球气候模式 CASA模型 植被NPP 未来预估 

摘      要：荒漠地区的植被NPP是我国最脆弱的陆地生态系统之一,也是全球陆地碳循环中关键一环,NPP的高低能够直接地反映植被的固碳能力。NPP作为沙漠地区的生态质量情况的指标,研究沙漠地区的NPP预估及其影响因素对于改善生态环境、调节区域气候具有非常重要的理论和现实意义。因此,首先本文以古尔班通古特沙漠为研究对象,采用Sen趋势分析和叠加分析,利用美国国家航空航天局（NASA）提供的MODIS17 NPP逐年产品分析历史时期植被NPP演变规律;其次,采用多模式集合平均（MME,Multi-Model Ensemble）和Delta降尺度降低CMIP6全球气候模式的系统误差,在气候评估的基础上,分析SSP245和SSP585情境下的古尔班通古特沙漠未来降水量、平均气温和太阳辐射的演变规律;最后,在气候模拟的基础上,通过CASA（Carnegie-Ames-Stanford Approach）模型来模拟SSP245和SSP585情境下古尔班通古特沙漠未来植被NPP的演变规律,并通过相关性分析和多元线性回归定量评估未来植被NPP对气候变化的响应。得到的主要结论如下:（1）2000-2020年古尔班通古特沙漠的植被NPP呈增加的变化趋势,21年间的变化率为4.4g C·m/10a,多年平均值为20.02g C/m;就空间格局而言,植被NPP呈现出西北部低、东南部高的格局。（2）高程和坡度影响古尔班通古特沙漠多年平均植被NPP变化。古尔班通古特沙漠多年平均植被NPP总体上随高程的增加呈先增加后减少的变化趋势;多年平均植被NPP的最高值分布在500m-600m之间,植被NPP平均值为32.09g C/m。古尔班通古特沙漠多年平均植被NPP总体上随坡度的增加呈现出先增加后减少的变化趋势。多年平均植被NPP的最高值分布在坡度4°-5°之间,NPP平均值为38.82g C/m。（3）相较于CMIP6的多模式集合,其降尺度后的多模式集合能够更好地模拟研究区的降水量、平均气温和太阳辐射。经偏差校正处理后,气候模式与观测数据之间的偏差明显减小各气候模式的模拟性能得到了大幅度的提高。其中,降水量、平均气温和太阳辐射的相关系数分别从0.36、0.97和0.97提高到0.47、0.99和0.99,均方根误差分别从8.73mm、4.2℃和39.87 w/m降低到7.26mm、3.4℃和2.04w/m。（4）未来古尔班通古特沙漠气候仍将持续“暖湿化,以SSP585情境下气候“暖湿化最为显著;就不同时期而言,在SSP245（SSP585）情境下21世纪远期（2080-2099年）降水量将达到172.23mm（183.19mm）,相较于基准期增加9.64%（14.13%）;平均气温将达到10.97℃（14.15℃）,相较于基准期增加3.28℃（6.53℃）。由此可见,在高排放路径（SSP585）情境下古尔班通古特沙漠未来“暖湿化将更加突出。（5）随着气候趋于“暖湿化,在SSP245和SSP585情境下植被NPP总体均呈现增加趋势,增加速率分别为1.70g C/（m·10a）和4.36g C/（m·10a）;与基准年相比,21世纪近期（2020-2039年）增加幅度较小,远期（2080-2099年）明显增加,尤其在SSP585情景下远期（2080-2099年）的研究区东南部NPP年平均值超过150g C/m,且近期（2020-2039年）、中期（2040-2059年）、中远期（2060-2079年）和远期（2080-2099年）的NPP分别增加20.10%、55.31%、74.39%和95.81%。（6）从植被NPP对气候变化的响应来看,古尔班通古特沙漠植被NPP与平均气温存在显著的相关性,与降水量和太阳辐射存在不显著相关性,且平均气温对植被NPP的影响大于降水量,远大于太阳辐射。在SSP245（SSP585）情境下,平均气温、降水量和太阳辐射对植被NPP的贡献率分别为72.47%（77.68%）、13.26%（18.91%）和14.26%（3.41%）。可见相较于中排放路径下,高排放路径下的植被NPP对年平均气温和降水量的响应更加剧烈,而对太阳辐射的响应明显降低。