在生态系统水平上,总初级生产力（Gross Primary Productivity,GPP）被定义为植物通过光合作用吸收的大气CO2的能力,并将碳固存于体内所形成的有机化合物。燃烧的化石燃料向大气排放大量CO2,是地球碳收支失衡的主要原因,陆地生态系统由原先接近平衡的弱碳汇转变为日益渐增的核心碳汇。而如何准确评估生态系统碳指标的时空演变格局,成为亟待解决的关键问题。中国草地地处典型的干旱-半干旱气候区,对全球变化的各个方面非常敏感,也对土壤和大气水分约束事件响应强烈。全球环境变化和干旱事件势必会对中国草地的功能和结构造成严重影响。基于此,本文以中国草地生态系统为研究对象,利用陆地生态系统模型模拟和遥感卫星观测的多源GPP数据,结合趋势分析和突变检验对中国草地GPP近40年的时空演变格局进行定量分析,并采用综合归因分析方法比较全球环境变化的不同方面和各个季节对中国草地GPP长期变化的相对贡献,引入Copulas函数和贝叶斯方程探讨大气干旱、土壤干旱和复合干旱发生情景下中国草地GPP对陆-气水分约束的响应。主要结果如下:（1）模型和遥感估算的GPP结果显示,中国草地超过80%的面积在过去40年呈显著增加趋势,增速为0.68-3.13g C m-2year-1。GPPmax也显示中国草地80%以上的区域在快速增长,各区域整体增速超过0.1 g C m-2year-1。多源GPP和GPPmax总体长期趋势和年际波动基本一致,但局部地区植被动态仍具不确定性。突变检验显示GPP时间序列中,“单调增加”是中国草地是占比面积最大（33.09%）的突变类型,突变前后中国草地GPP的变化方向也均为增加。GPPmax×CUP从机理角度可解释中国草地年尺度GPP超91%时间变异性,即光合生长峰值和物候期长度协同控制着中国草地GPP年际变异性。（2）基于多模型分析CO2浓度上升、氮沉降、气候变化及土地利用改变对中国草地的影响,发现气候变化的年际变异性对GPP长期变化起主导作用,相对贡献达64%。尤其是夏季气候变化的年际变异性,至少可解释GPP变化的40%。碳氮施肥效应（CO2浓度上升和氮沉降加剧）的趋势项和变异项对中国草地GPP增加的相对贡献率分别为29%和26%,其中夏季趋势项和变异项的贡献率分别为12.83%和5.19%。土地利用变化对GPP长期趋势的贡献率呈负数,为-31%。（3）分析前后100年饱和水汽压差（Vapor Pressure Difference,VPD）时空动态,发现中国草地VPD在历史时期和中高排放未来预测的增长速率分别为3.992 k Pa 10-3year-1和17.969 k Pa 10-3year-1,且大气自1980年后趋于干燥,并将延续至21世纪末。VPD是调控中国草地GPP年际变异性的重要水分胁迫,持续增强的大气干旱会打破生态系统的碳收支平衡,导致生态系统GPP出现亏损概率较高（20.31-61.36%）。暖季VPD同GPP的相关性大多为负（r＜-0.4）,且未来时期两者相关性更负,代表VPD上升限制GPP增加,且该约束作用在未来会更强烈。轻度大气干旱较容易启动轻度植被亏损的阈值。若要启动严重植被亏损的阈值,则需更强烈的大气干旱。（4）土壤湿度（Soil Moisture,SM）是调控中国草地GPP年际变异性的另一水分胁迫,土壤水短缺可直接造成生态系统GPP亏损。SM同GPP呈强正相关（r=0.48）,且浅层SM（0-50 cm）与GPP的正相关更高（r=0.62）。可知中国草地SM下降时GPP也随之降低,尤其是浅层土壤水减少对GPP影响更大。历史时期土壤干旱造成GPP下降的概率整体高于大气干旱（1.78-8.19%）,但未来大气干旱诱发GPP亏损的概率明显提高,在部分区域（如黄土高原）成为抑制GPP积累的关键水分约束。复合干旱事件发生的概率高于随机干旱事件3-4倍,复合干旱出现的频率、强度及受灾范围较单一干旱明显增加。复合干旱致使中国草地生态系统GPP下降幅度高达20.27%,而单一的大气干旱或土壤干旱下降幅度仅为12.34%和14.32%。这是由于VPD和SM是一组强耦合双变量,陆-气反馈的持续加强造成复合干旱事件发生概率趋高,对生态系统GPP影响更大。（5）利用交叉验证、标准误统计和集合经验模态分解对本文使用的GPP数据集进行不确定性分析。研究发现,不同来源的GPP在刻画中国草地GPP时空格局时具有一致性,但因模型结构、参数化和驱动数据方面的诸多不同,仍存在广泛的不确定性。未来情景的GPP不确定性要高于历史时期,高排放情景的GPP不确定性远高于中、低排放情景。