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全球性的气候变化由此引发一系列环境问题,预测全球气候变化条件下植被净初级生产力（Net primary productivity,NPP）的动态成为当前研究的热点问题,NPP不仅是判定植被生态系统碳汇的大小,还是表征植物活力和生态过程的重要指标。而植物物候是植被对气候变化响应最敏感的指标。在陆面植被生态系统中,草地是陆地生态系统中面积仅次于森林的第二大绿色植被覆盖层,在陆地生态系统碳循环、物质能量交换、全球气候变化调节、粮食安全和生态安全中扮演着重要角色,其相对脆弱的生态系统对气候变化尤其敏感。天然草地植被的物候变化与全球变化过程有着密切联系,其不仅直观地反映出区域气候变化的趋势,也会反作用于气候变化的过程。本研究以中国北方东部温带草原为研究对象,探讨气候变化下草地物候和NPP的动态变化过程,为合理利用草地资源提供一些理论基础。本研究论文中,首先使用了IPCC CMIP5下3种排放情景下19组GCMs模拟数据集合,利用中国当地气象站点实测的气象数据进行偏差校正,重构了2016～2100未来气象数据,并以1961～2015年实测数据为基准,分析2016～2100年气候变化趋势;其次用该组跨度140年的气象数据模拟了中国北方东部温带草原物候变化;再者利用优化算法对Biome-BGC模型进行参数优化,利用校正的Biome-BGC模型,模拟了1961-2100中国北方东部温带草原历年的NPP变化;最后综合分析了气候、物候与NPP的关系。得到主要结果如下:（1）1961～2015气温平均增幅为0.32℃/10a,自1980年以来增速加快;而年降水量总体在55年间没有显著变化。四季中夏季升温速度相对较慢。利用改进的Thornthwaite模型计算了历年的湿润度指数,发现过去55年气候趋于暖干化。对过去55年历年生长期连续无降水日分析结果表明,干旱区与半干旱区总体没有显著变化,而在半湿润区有显著减少趋势,表明降水在年内分配变的更为均匀。对2016-2100未来气候分析表明,到21世纪末,RCP2.6,RCP4.5,RCP8.5情景下,气温将分别持续上升约0.7℃,2.5℃,5.4℃,同时年降水量将分别增加约20mm,51mm,91mm,从湿润度指数来看,未来气候气温的变化比降水快,因此表现为暖干化趋势,且程度是RCP8.5>RCP4.5>RCP2.6。（2）利用累积生长季指数（Growing Season Index,GSI）模型,以MODIS物候数据为基准获取每个气象站点草地的返青最佳阈值,结果该方法提取的物候能较好的契合基准数据,可用于长时间植被物候模拟。据此计算了1961～2100年每年的返青日期（SOS）。研究结果表明平均返青期在地域上从东南向西北推迟,主要与当地年均气温有关系,年均温越高返青期越早。从各气象站点年际变化趋势来看,大部分地区返青都呈现提前趋势,全区平均提前速率为1.8d/10a,最快为5d/10a。未来气候变化下,RCP2.6情景SOS变化趋势不显著,RCP4.5下为1.1d/10a,而在RCP8.5下达到2.6d/10a。（3）利用Sobol法对Biome-BGC模型进行参数敏感性分析,筛选出模拟草地NPP的主要敏感性参数,然后使用爬山算法,以MODIS NPP数据为基准,对每个站点进行主要敏感参数率定,得到每个站点最佳参数组合。与模型默认参数的模拟结果相比,参数优化后的模型对草地NPP的模拟精度有大幅度提升,模拟结果与实际值更为接近,参数优化能有效降低模型的不确定性。（4）模拟不同降水和气温组合方式对NPP的影响,结果发现草地NPP与降水的关系密切,随着降水的增加而显著增加,而气温上升,NPP逐渐减小,同时使年际NPP的变率增大。随着气温升高,降水的增加对NPP的促进作用越来越弱,降水的增加,气温对NPP的抑制作用越来越强。保持年内降水不变,随着降水频次的增加,年总NPP呈现先上升后下降态势。CO2的增加对NPP有促进作用,NPP升高幅度约为2.8%～5.0%。（5）使用参数优化后的Biome-BGC模型模拟了研究区1961-2100年间草地NPP。对历年的NPP分析表明,1961-2015年三类气候区NPP变化如下:AR平均为145 g C/m2,波动范围-7%～6%,SA平均为185 g C/m2,波动范围为-9%～12%,SH为263 g C/m2,波动范围为-9%～11%,55年的时间区间上没有明显趋势,表明过去55年的气候变化没有对草地生产力造成实质性影响,结合当前草地退化现状,人类活动是导致草地NPP下降的主要原因。未来气候情景模式下,草地NPP均呈现增加趋势,不同情景下增加速率有较大差别,增加速率RCP8.5>RCP4.5>RCP2.6,分别为每年0.31,0.16,0.08 g C/m2。这主要是由于未来气候下降水的增加导致的。温度在年均温小于10℃的地区对NPP有负效应。究其原因,这些草地处于相对缺水的地区,温度的上升导致生长季水分不足。而大部分地区对温度不敏感,主要原因是该区热量和水分主要集中在夏季（6,7,8月）,草地生长的NPP大部分是在这个时间段积累,虽然年均温增加,但是夏季升温幅度相对较小,加上降水的增加,反而有利于草地生长。SOS与NPP没有显著相关性,只有个别站点有显著关系,SOS的提取引起生长期的延长并不是NPP增加的主要原因,引起SOS变化的气候变化是影响NPP的首要考虑因子。RUE在过去55年没有显著变化趋势,AR区年际波动剧烈,SA和SH年际波动类似。在未来气候变化下RUE主要呈现下降趋势,但是三类气候区略有差异,结合之前未来气候下NPP与气候的变化趋势,RUE的下降主要是由于未来气候下降水的上升速度超过NPP的增加速度,由于气候的上升以及植物生长地理环境的制约,抑制了草地NPP的大幅度增加。主要创新点:（1）利用气象观测数据、CMIP5 GCMs数据,使用降尺度模型构建了研究区当地1961～2100年主要的气象因子,进而分析了1961-2015年的气候变化过程及趋势和三种排放情景下未来85年的气候变化,使用区域遥感物候数据,使用累积的物候曲线计算了1961～2100长时间序列每年的SOS数据。为研究区今后的农牧措施政策提供一定的参考价值和数据支持;（2）此前Biome-BGC主要应用在森林研究上,本研究将此模型引入到草地NPP模拟,我们首次分析了Biome-BGC模型在草地NPP估算中的敏感性参数,提出了在草地应用上模型参数校正算法,并验证了该算法的精度,填补了该模型在草地应用上参数校正工作的空白,并使用优化算法校正了研究区每一个站点模型所使用的参数,使模型精度达到长时间研究NPP变化要求;（3）相比之前学者简单的集中气候组合,本研究运用模拟气候精细分析了不同梯度气温、降水对草地NPP的效应。鉴于很多研究利用遥感数据估算过去几十年的NPP变化,我们利用校正的过程模型模拟了1961～2100年长时间序列草地NPP变化情况。综合分析了气候变化对草地NPP的影响。扩展了草地NPP研究时间尺度。总之,我们使用了1961-2100年的气候数据驱动模型,估算了该长时间序列上的物候变化和NPP变化,并阐述了与气候因子的关系。