五种气候生产力模型在华北土石山区的适用性分析

植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)是陆地植物的净固碳量,对于全球碳估算研究具有重要意义。华北土石山区作为中国林业工程重点区域,是典型的干旱半干旱气候区,准确估算该地区NPP大小及其变化特征对林业生态工程建设具有重要意义。本文基于河南小浪底森林生态系统国家野外科学观测研究站1980-2020年气候数据,利用Miami模型、Thornthwaite Memorial模型、Chikugo模型、朱志辉模型及周广胜模型共5种气候生产力模型估算,分析NPP的变化趋势,运用随机森林算法探讨NPP影响因素,并以区域MODISNPP数据为标准进行评价,以探究适合估算该地区NPP的气候生产力模型。结果表明:(1)华北土石山区年平均气温、最高气温、最低气温和降水量均呈上升趋势,变化速率分别为0.05℃×a^(-1)、0.04℃×a^(-1)、0.05℃×a^(-1)和1.58mm×a^(-1);年平均太阳辐射和平均相对湿度则呈下降趋势,变化速率分别为0.46MJ×m^(-2)×a^(-1)和0.17个百分点×a^(-1)。(2)采用5种模型计算的华北土石山区NPP均呈上升趋势,但NPP值存在差异,变化范围在739.35~958.48gC×m^(-2)×a^(-1),均值为862.19gC×m^(-2)×a^(-1)。其中Miami模型估算值最大(958.48gC×m^(-2)×a^(-1)),周广胜模型估算值最小(739.35gC×m^(-2)×a^(-1))。(3)随机森林算法表明,降水是影响该地区NPP的关键因子。适用性分析显示,周广胜模型估算值与MODIS NPP最接近,其相对误差、RMSE和MAE分别为1.45%、451.05gC×m^(-2)×a^(-1)和446.03gC×m^(-2)×a^(-1),且相关系数最大(0.49)。综上可知,周广胜模型更适宜该地区的NPP估算,在使用气候生产力模型估算华北土石山区NPP时,应优先考虑使用周广胜模型。