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陆地生态系统碳水循环在不同的时空尺度上互为反馈,作为表征生态系统碳水循环耦合程度的重要指标,水分利用效率(Water use efficiency,WUE)的时空变化特征及其原因成为当今全球变化研究的热点之一。作为全球陆地生态系统碳水循环中最为重要、最为敏感的区域,中国陆地生态系统的固碳能力受到水资源制约,其碳水循环耦合特征是我国陆地生态系统碳循环研究的热点问题之一。2000年以来,中国经历了诸多的气候异常事件,土地利用和土地覆被也发生着巨大变化,研究此背景下中国陆地生态系统WUE时空变化特征具有重要的科学价值和实际意义。本文利用2000-2010的MODIS反射率数据和地表覆被类型产品反演生成了覆盖中国的每8天的500m分辨率叶面积指数(LAI)数据,与气象、土壤和地表覆盖类型等数据结合驱动机理性生态过程模型BEPS(Boreal Ecosystem Productivity Simulator),研究2000-2010年中国陆地生态系统WUE的时空变化特征及其原因。首先利用典型生态系统的通量观测等数据率定了模型参数,验证了模型的模拟能力;在此基础上,模拟生成了中国陆地生态系统逐日500m分辨率的总初级生产力(GPP)、净初级生产力(NPP)、蒸散(ET)和WUE(WUE=NPP/ET);分析了 2000-2010年中国陆地生态系统WUE时空变化特征及其可能原因。研究主要结论如下:(1)2000-2010年中国陆地生态系统LAI时空变化特征利用基于4尺度几何光学模型的LAI反演算法和MODIS反射率数据产品反演生成了 2000-2010年每8天的500 m分辨率LAI数据,利用9个典型森林和草地样区的LAI观测数据结合高分辨率遥感数据的验证结果表明,反演生成的LAI总体精度可达70%以上,其中森林LAI数据质量的明显较高。我国植被LAI大多在2000-2007年期间呈明显上升趋势,但在2000-2010年期间,全国植被LAI年平均值的总体上升趋势不明显;在江西、福建、湖南东部和广东北部的森林LAI呈明显的下降趋势。温度上升会导致大部分北方地区的植被LAI升高,南方大部分地区植被的LAI下降;降水量的上升导致东北北部、东南及华南沿海森林的LAI下降,但会导致华北及中南地区森林以及广大北方农田和草地区的LAI上升。(2)BEPS模拟碳水通量的能力BEPS模型具有较好的模拟中国典型陆地生态系统GPP、NPP和ET的能力。利用长白山、海北、禹城、千烟洲站观测的2003-2006年GPP验证表明,BEPS模拟的4个站点的月GPP与观测数据比较的R2达到0.82,模拟的年GPP相对误差都在±10%以内。利用491个典型森林样地的NPP观测数据验证表明,BEPS可以模拟中国不同地区森林NPP的空间变化。在长白山、千烟洲、禹城、锡林浩特、海北等5个典型通量站点,模拟的5个站点的逐日ET与观测数据比较的R2为0.66(p<0.0001);在全国10个流域片区,模拟的流域年ET与利用水量平衡方法推算的ET比较的R2高达0.92(p<0.0001)。(3)WUE空间格局及主要影响因子BEPS模拟的中国陆地生态系统2000-2010年的NPP总量和ET总量的平均值分别为 2.74 Pg C yr-1 和 3.49X 103 km3 yr-1,年平均 WUE 为 0.79 g C kg-1 H2O。农田的WUE高于森林和草地。受气候、土壤和植被类型等要素的综合影响,中国陆地生态系统WUE存在明显的空间分异特征。东北地区WUE平均值较高(1.25g C kg-1 H2O),内蒙古地区最低(0.33g C kg-1 H2O)。在一定的范围内,年平均WUE随降水量的增多而上升,降水量的继续增多会导致WUE的下降。大多数植被的WUE随温度升高而降低,而与辐射关系不太明显。不同植被类型年平均WUE随着LAI升高而增大,在植被稀疏地区尤为明显,当LAI升高到一定程度时WUE随LAI的增长变缓或略有下降。(4)WUE的时空变化特征及主要影响因子在过去的11年间,中国陆地生态系统NPP总量上升速度为每年6.2 Tg C(p=0.33),表现为北方地区升高而南方地区下降;全国大部分地区的ET升高,ET总量以每年14.29 km3(p=0.19)的速度增长;年平均WUE整体呈现北方升高、南方降低的趋势,全国平均WUE的下降速度为0.0015 g C kg-1 H2O yr-1(p=0.50),主要由ET的变化所导致(p=0.008)。NPP升高是北方地区WUE升高的主要原因;而长江以南的广大地区NPP下降、ET升高则导致这些地区WUE降低。除华北北部、内蒙古中部、青藏高原中部和北部以及西北地区北部以外,大部分地区的年平均WUE与年平均温度负相关;全国大部分地区的年平均WUE与年降水量呈正相关。过去11年间,华北地区的降水增多促进其年平均WUE升高,温度升高导致青藏高原地区年平均WUE增高,但导致华中和西南地区的年WUE平均值降低。WUE对干旱的响应与旱情等级和植被等条件有关。