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近年来,全球气候变化加剧,中亚干旱区生态安全问题突出,对绿色“一带一路”建设构成现实挑战,研究中亚区域尺度上陆地生态系统生产力时空变化,对于掌握全球碳循环、制定区域经济发展战略、应对气候变化和环境外交谈判意义重大。然而,中亚地区脆弱的生态系统,独特的自然地理环境,薄弱的地面监测网络建设,导致基于光能利用率模型的中亚干旱区生产力估算结果存在较大不确定性。结合研究区生态环境特点,本文基于遥感、地理信息理论与技术,根据区域气象、植被、土壤、地形和积雪等数据,采用改进后的度日模型、Nash单位线法、水文分析等方法,对基于遥感数据驱动的BEPS(Boreal Ecosystem Productivity Simulator)模型进行改进,实现中亚干旱区生态系统生产力的全区域估算,并研究其时空变化的特征、分析气候变化的影响,为评估中亚生态环境存在的风险、保障绿色“一带一路”建设提供参考信息。主要研究内容和结论如下:(1)BEPS模型改进及验证。在BEPS碳循环子模型中,基于山体形态属性提取山地范围,依据地形因子调整山地单位面积的计算方法;引入NDVI指数,为最大光合羧化速率参数赋予准确的植被长势。在水循环子模型中,利用水文分析、改进后的度日模型和Nash单位线法,估算山地流域内冰雪融水的补给量。在气孔导度子模型中,根据小时尺度的气象数据,调整白日平均温度的计算参数;采用条件植被指数,完善农业灌溉、荒漠植被根系用水策略对叶水势胁迫参数的影响。经实测数据、遥感数据的验证,改进后BEPS模型在中亚干旱区具有较好的可行性和可靠性。(2)中亚干旱区生态系统生产力时空变化特征研究。采用线性相关和空间统计方法,定量分析2001-2015年中亚生态系统总初级生产力(Gross Primary Production,GPP)、净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)和净生态系统生产力(Net Ecosystem Productivity,NEP)的空间分布、年内变化、年际变化以及逐像元变化趋势。结果表明:GPP和NPP呈“中部山地高,东西两侧低”的空间分布特征,NEP的碳汇区主要分布在中部山区、哈萨克斯坦北部和绿洲等区域,在5年尺度的空间格局变化中,新疆是唯一碳汇面积增加的行政区域;在年内变化上,GPP、NPP和NEP呈单峰值分布,峰值均位于夏季;在年际变化上,GPP和NPP呈显著下降趋势,NEP具有阶段性变化特点,呈极显著下降;在变化趋势上,哈萨克斯坦西部的GPP、NPP和NEP均呈显著下降趋势。(3)分析水热条件变化对生产力的影响。基于植被光合模型,建立水热条件与植被GPP的函数关系,研究水热因子对植被生长的综合影响,提高水热条件与生产力的相关性,进而分析水热条件变化对生态系统生产力的影响;借助Moran’s I指数表征降水、温度和GPP的空间格局,探究GPP与气候变化在空间格局上的联系。结果表明:在中亚干旱区,降水量的减少,导致GPP和NPP下降,同时也降低了土壤呼吸,导致水热条件变化对NEP的影响不明确,但不影响植被的固碳效率(NPP/GPP);在空间格局上,降水低值区、温度高值区对应GPP的低值区;降水高值区、温度低值区对应GPP的高值区。在格局变动过程中,降水和温度变化导致GPP格局变动频繁,然而,在山地和农田,GPP格局保持相对稳定。