常學(xué)禮, 趙學(xué)勇, 王 瑋, 劉良旭
(1. 魯東大學(xué)地理與規(guī)劃學(xué)院,煙臺(tái) 264025; 2. 中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所,蘭州 730000)
科爾沁沙地湖泊消漲對(duì)氣候變化的響應(yīng)
常學(xué)禮1,*, 趙學(xué)勇2, 王 瑋1, 劉良旭1
(1. 魯東大學(xué)地理與規(guī)劃學(xué)院,煙臺(tái) 264025; 2. 中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所,蘭州 730000)
湖泊是受氣候變化影響顯著的地理單元之一,不同地區(qū)湖泊消漲與氣候變化關(guān)系的分析是理解陸地水文過程對(duì)未來氣候變化響應(yīng)的關(guān)鍵之一。對(duì)干旱、半干旱地區(qū)而言,湖泊消漲對(duì)氣候變化的響應(yīng)是干旱區(qū)生態(tài)保護(hù)和未來可持續(xù)發(fā)展的重要指征。氣候變化對(duì)湖泊的影響在不同的區(qū)域已有較多的研究,但是針對(duì)湖泊群且基于湖泊大小分級(jí)和不同降水強(qiáng)度的對(duì)應(yīng)研究還很鮮見。有鑒于此,作者在RS和GIS技術(shù)支持下,采用湖泊大小和降水強(qiáng)度分級(jí)的方法,分析了科爾沁沙地湖泊群消漲與氣候變化的關(guān)系。在1971—2010年間,年均氣溫波動(dòng)升高和降水量波動(dòng)減少是該區(qū)域的主要?dú)夂蜃兓攸c(diǎn)。從5a移動(dòng)平均分析來看,1990年是氣溫變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn),1991—2010年的平均氣溫(7.36±0.55)℃,高于全球同期平均增溫0.52℃。在1975—2009年間,科爾沁沙地湖泊面積和數(shù)量的變化趨勢(shì)呈拋物線型減少,在1995年湖泊面積與數(shù)量最高。進(jìn)入21世紀(jì),湖泊面積萎縮、數(shù)量減少呈明顯的加快趨勢(shì)。到2009年,面積gt;0.05km2湖泊數(shù)量?jī)H為81個(gè),不足高峰期(1995年)的11%;湖泊總面積為4375.0hm2,不到1995年的26%。湖泊消漲主要受到年降水量波動(dòng)影響,與年內(nèi)降水分布格局無關(guān),氣溫變化的影響不顯著。
降水量波動(dòng);湖泊面積與數(shù)量;科爾沁沙地
湖泊作為受降水波動(dòng)和氣溫升高直接影響的地理單元在全球氣候變化研究中扮演著重要的角色。其對(duì)氣候變化的響應(yīng)可以表現(xiàn)在湖泊水位、面積和數(shù)量的變化[1- 5],因此研究湖泊動(dòng)態(tài)、水環(huán)境變化對(duì)氣候的響應(yīng)成為人們認(rèn)識(shí)氣候變化對(duì)區(qū)域地理環(huán)境影響的主要方面之一[5- 8]。從這一主題研究?jī)?nèi)容的特點(diǎn)來看主要集中在3個(gè)方面:一是利用湖相沉積物的各項(xiàng)指標(biāo)來反演湖泊在長(zhǎng)時(shí)間尺度上環(huán)境演變過程, 以及古氣候如溫度、降水量的變化[9- 11];二是以湖泊水位變化對(duì)水生生物影響為主要研究對(duì)象,解釋大型水生植物和浮游動(dòng)物對(duì)水位變化的響應(yīng)機(jī)制和生產(chǎn)力變化趨勢(shì)[12- 15];三是研究湖泊面積、水質(zhì)變化與氣候變化的相互關(guān)系[2- 4,16- 18]。
從研究湖泊消漲的地域分布特點(diǎn)來看,主要集中在青藏高原、歐亞大陸干旱區(qū)和半干旱區(qū)以及水資源豐富且湖泊分布密集的區(qū)域。其中,在高原湖泊變化研究中不僅關(guān)注了降水的影響,同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了全球升溫背景下冰川積雪融化速率加快導(dǎo)致了湖泊面積和數(shù)量的增加,成為全球升溫研究的一個(gè)重要補(bǔ)充[3- 4,10]。在干旱區(qū)和半干旱地區(qū)的湖泊研究中,強(qiáng)調(diào)了湖泊是維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)組成和生產(chǎn)力穩(wěn)定的重要因素之一,它不僅是水資源可持續(xù)性利用中的主要源,而且也是區(qū)域環(huán)境退后與否的關(guān)鍵標(biāo)志[19- 21]。在水資源相對(duì)豐富的長(zhǎng)江和松花江流域,氣候變化和人類活動(dòng)干擾疊加導(dǎo)致的湖泊水量平衡失調(diào)成為人們關(guān)注的對(duì)象,湖泊消漲與區(qū)域降水的關(guān)系、人類活動(dòng)導(dǎo)致的水質(zhì)惡化等成為研究的焦點(diǎn)[2,8,18]。
從研究方法特點(diǎn)來看,近幾十年來遙感技術(shù)的發(fā)展與完善極大地提高了湖泊空間信息的獲取精度和頻度[17,22- 23],使湖泊變化的研究進(jìn)入了可重復(fù)檢查且常規(guī)觀測(cè)無法替代的新階段。
縱觀已有湖波動(dòng)態(tài)與氣候變化的主題研究發(fā)現(xiàn),在一定的區(qū)域和氣候條件下,不同湖泊大小對(duì)降水變化和氣溫升高的響應(yīng)機(jī)制尚未提及。為此,本文以半干旱區(qū)科爾沁沙地湖泊群為研究對(duì)象,從不同級(jí)別湖泊大小對(duì)氣候變化的響應(yīng)程度和不同降水量強(qiáng)度對(duì)湖泊的影響兩個(gè)方面進(jìn)行研究,嘗試解釋半干旱沙區(qū)湖泊群消漲對(duì)氣候變化的響應(yīng)機(jī)制。
研究區(qū)選擇在內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科爾沁左翼后旗(簡(jiǎn)稱科左后旗),地理坐標(biāo)介于 121°30′—123°42′E、42°40′—43°42′N(圖1)。該區(qū)在中國(guó)氣候區(qū)劃上屬東北溫帶半濕潤(rùn)氣候區(qū)向內(nèi)蒙古溫帶半干旱氣候區(qū)的過渡地帶,年降水量500mm 左右,主要集中在6—8月份,約占全年降水總量的70% 以上。土壤類型以風(fēng)沙土為主,占總面積的69%,其次為草甸土占23%,堿土和沼澤土也有少量的分布。研究區(qū)的植被類型為沙地疏林草場(chǎng)和濕地-沼澤草場(chǎng),優(yōu)勢(shì)植物種主要有榆樹(UlmuspumilaL.)、山杏(PrunussibiricaL.)、蘆葦(Phragmitesaustralis(Cav.) Trin. ex Steud.)、大香蒲(TyphaorientalisP.)、苔草(CarexmeyerianaKunth和鋪地委陵菜(PotentillasupinaL.)等。
2.1 數(shù)據(jù)源
空間數(shù)據(jù)從美國(guó)地質(zhì)勘探局(USGS)遙感數(shù)據(jù)庫免費(fèi)向全球用戶提供的1975—2009年期間的MSS、Landsat TM(ETM+)遙感數(shù)據(jù)庫中選擇(表1)。其中MSS數(shù)據(jù)的軌道號(hào):path,129;row,30;Landsand TM(ETM+)數(shù)據(jù)的軌道號(hào):path,120;row,30。影像采用USGS的加工產(chǎn)品,投影格式為WGS_1984_UTM。
2.2 湖泊面積提
在ERDAS環(huán)境中采用監(jiān)督分類的方法對(duì)不同時(shí)期的影像進(jìn)行運(yùn)算處理,每一期的影像各自建立訓(xùn)練區(qū)50個(gè)以上,采樣區(qū)必須包括不同湖泊色調(diào)以提高準(zhǔn)確率。最后,對(duì)提取出的湖泊范圍進(jìn)行人工目視檢查,主要對(duì)湖泊中水生植物形成的噪音進(jìn)行人工屬性調(diào)整,歸屬到湖泊。由于小的湖泊極易受到近期降水的影響,而本文研究的最小時(shí)間間隔也在2a左右,所以對(duì)湖泊面積小于0.05km2的予以剔除(圖2)。
圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location of study area
序列Order獲取時(shí)間Acquisitiontime時(shí)間間隔/aTimeinterval數(shù)據(jù)類型DatatypeP11975-09-230MSSP21978-10-043.03MSSP31983-10-045.00MSSP41988-09-234.97TMP51995-09-116.97TMP61999-08-293.97TMP72001-09-032.01ETM+P82007-08-275.98TMP92009-09-172.05TM
圖2 不同信息源類型湖泊信息提取(1975,MSS;1995,TM;2001,ETM+)Fig.2 Extraction of lake information for different remote sensing data (1975, MSS; 1995, TM; 2001, ETM+)
2.3 精度檢查
為了分析湖泊判斷的準(zhǔn)確與否,Cohen 1960年最先提出Kappa系數(shù)來比較生成圖件與地物的一致性,隨后在此基礎(chǔ)上發(fā)展了標(biāo)準(zhǔn)Kappa系數(shù)、隨機(jī)Kappa系數(shù)、位置Kappa系數(shù)等用來評(píng)價(jià)遙感圖像解譯的正確程度[24- 25]。本文采用隨機(jī)Kappa系數(shù)(K) 來分析解譯后影像的精度:
K=(pi-pr)/(pj-pr)
(1)
式中,K為Kappa系數(shù),當(dāng)Kgt;0.75時(shí),影像分類精度較高;當(dāng)0.4lt;K≤0.75時(shí),影像分類精度一般;當(dāng)K≤0.4時(shí),影像分類精度較差。在本文中pj為遙感影像中確定的湖泊樣點(diǎn)點(diǎn)數(shù);pi為相同位置經(jīng)監(jiān)督分類與目視解譯整合后與遙感影像標(biāo)記的湖泊類型一致的點(diǎn)數(shù);pr與pi相反,為不一致的點(diǎn)數(shù)。在精度檢查中,檢查點(diǎn)隨機(jī)選擇在湖泊邊緣,樣點(diǎn)數(shù)為100個(gè),不同時(shí)期湖泊分類精度檢查結(jié)果見表2,總體分類精度較高。
表2 不同時(shí)期湖泊分類精度檢查
2.4 降水量和湖泊數(shù)據(jù)整合與級(jí)別劃分
由于遙感數(shù)據(jù)的獲取時(shí)間間隔不一致,所以對(duì)降水量數(shù)據(jù)和湖泊變化數(shù)據(jù)必須整合。整合假設(shè)是:任意兩個(gè)時(shí)期湖泊面積和數(shù)量的變化是同期累積降水量、平均氣溫(或其它因子)影響所致。所以本文不同時(shí)期湖泊面積、數(shù)量以及同期氣象要素要依據(jù)表1中間隔年份進(jìn)行均分,用公式A=(Pi+1-Pi)/n整合為間隔期平均年變化值。其中A為某間隔期湖泊面積(或數(shù)量)平均年變化,Pi為相鄰數(shù)據(jù)前一年的湖泊面積(或數(shù)量)值,Pi+1為相鄰數(shù)據(jù)后一年對(duì)應(yīng)值,n為間隔年限。
降水量數(shù)據(jù)整合依據(jù)中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http://new-cdc.cma.gov.cn:8081)提供的日值進(jìn)行對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì),對(duì)研究區(qū)周邊彰武、開原、四平、長(zhǎng)嶺、通遼、開魯和寶國(guó)圖等7個(gè)氣象站的同期降水量和氣溫,在Arcgis9.3中Spatial analyst模塊中用Kriging插值法進(jìn)行計(jì)算。對(duì)插值結(jié)果用圖1中研究區(qū)范圍裁截,最后用每一降水量等值區(qū)的中值與所對(duì)應(yīng)得面積進(jìn)行面積加權(quán)計(jì)算,得出研究區(qū)的不同時(shí)段的年均降水量和氣溫。
考慮到湖泊大小對(duì)降水波動(dòng)響應(yīng)的異質(zhì)性,本文按湖泊面積大小依次分成0.05—0.1km2、0.1—0.5 km2、0.5—1.0 km2、1.0—10 km2以及所有湖泊(總體)5個(gè)級(jí)別。同時(shí),根據(jù)國(guó)家氣象局對(duì)降水級(jí)別的劃分標(biāo)準(zhǔn),以及研究區(qū)在過去40a暴雨以上降水極少的情形,故采用小雨累計(jì)(24h降水量lt;10mm)、中雨累計(jì)(24h降水量10—25mm)、大雨累計(jì)(24h降水量gt;25mm)以及總降水量4個(gè)水平與湖泊變化進(jìn)行對(duì)應(yīng)分析。
3.1近40年來氣候變化趨勢(shì)
從研究區(qū)周邊7個(gè)氣象站點(diǎn)1971—2010年的平均特征來看,降水量變化在314.6mm(2001年)至659.1mm(1994年)之間,40a平均值為(470.2±82.5)mm。從變化趨勢(shì)來看(圖3),5a移動(dòng)平均顯示,在1985—1998年間研究區(qū)降水量高于平均值,明顯處在降水高峰期,該時(shí)期平均降水量為(510.8±77.8)mm;從1999年開始研究區(qū)明顯進(jìn)入降水量低峰期,該時(shí)期平均降水量為(425.2±90)mm。
從不同周期的年平均氣溫特點(diǎn)來看(圖3),40a間年均氣溫變化在5.7℃(1976年)至8.5℃(2007年)之間,40年平均值為(6.93±0.72)℃。從5a移動(dòng)平均的變化趨勢(shì)來看,整體呈波動(dòng)式增加。1990年之前的平均氣溫明顯低于多年平均值,為(6.50±0.59)℃,從1991年以后平均氣溫明顯高于多年平均值,為(7.36±0.55)℃。
圖3 1971—2010年研究區(qū)氣候變化特征分析Fig.3 Analysis of climate characteristics of the study area from 1971 to 2010
3.2近35年來湖泊變化趨勢(shì)
結(jié)果分析表明(圖4),近幾十年來研究區(qū)的湖泊變化無論是在數(shù)量上還是在面積上,都發(fā)生著顯著的變化。從整體特征來看(圖4),在1975—2009年間湖泊總數(shù)量和總面積均表現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì),最高值出現(xiàn)在1995年,總數(shù)量和總面積分別為765個(gè)和17059.9 hm2;最低值出現(xiàn)在2009年,總數(shù)量和總面積分別為81個(gè)和4375.0hm2。從不同級(jí)別湖泊數(shù)量和面積的變化來看(圖4),變化趨勢(shì)與整體特征相似,在1995年都達(dá)到了峰值。從變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)方程的關(guān)聯(lián)系數(shù)來看,0.05~0.1km2級(jí)別的湖泊具有最好的擬合關(guān)系。在相關(guān)系數(shù)最低的0.5—1km2級(jí)別,湖泊數(shù)量和面積變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)曲線的顯著水平也在95%以上(湖泊數(shù)量:R=0.680gt;r8, 0.05=0.632;湖泊面積:R=0.658gt;r8, 0.05=0.632)。
圖4 1975—2009年不同湖泊級(jí)別面積和數(shù)量的變化趨勢(shì)Fig.4 Changes of lake area and number at different levels from 1975 to 2009
3.3 氣候變化對(duì)湖泊的影響
3.3.1 降水波動(dòng)
對(duì)湖泊數(shù)量和面積與其對(duì)應(yīng)的同期年均降水量和氣溫進(jìn)行Pearson關(guān)聯(lián)分析(表3)。結(jié)果表明就降水事件的影響而言,不同級(jí)別的降水對(duì)湖泊的消漲都具正關(guān)聯(lián),但是只有年降水量達(dá)到了較顯著的水平(雙尾檢查在0.05水平以上)。而年平均氣溫對(duì)湖泊消漲的影響呈負(fù)關(guān)聯(lián),在1.0—10 km2水平上相對(duì)最高。
表3 湖泊面積、數(shù)量與不同降水級(jí)別和氣溫的關(guān)聯(lián)分析
** 和 *分別代表Sig.lt;0.01和Sig.lt; 0.05
進(jìn)一步的回歸分析表明,不同級(jí)別湖泊面積和數(shù)量對(duì)降水變化響應(yīng)都呈線性關(guān)聯(lián),擬合回歸方程都達(dá)到顯著水平。從不同湖泊級(jí)別對(duì)年均降水量的響應(yīng)區(qū)別來看,隨湖泊面積增加,降水量對(duì)其影響越顯著(圖5),其中,1.0—10 km2水平上年均降水量對(duì)湖泊變化的影響最顯著,0.05—0.1km2水平上影響相對(duì)最小(圖5)。
3.3.2 氣溫升高
考慮到溫度升高對(duì)湖泊的影響在不同年份間的作用也具有累加效應(yīng)的特點(diǎn),故采用關(guān)聯(lián)程度最高的1.0—10 km2級(jí)別(表3)分析湖泊變化與同期年平均溫度的關(guān)系。圖6的分析表明,溫度升高對(duì)湖泊的影響呈負(fù)相關(guān),但其與湖泊變化的關(guān)系遠(yuǎn)沒有降水量顯著,無論對(duì)湖泊數(shù)量還是面積,關(guān)系不顯著。
5a移動(dòng)平均的分析表明,在全球氣候變化的影響下,科爾沁地區(qū)的降水從1999年開始明顯進(jìn)入降水量低峰期,而同期的年均氣溫從1990年開始呈現(xiàn)增溫的趨勢(shì)。對(duì)Jones等[26]提供的全球共享氣象站數(shù)據(jù)分析表明,1971—2010年間的全球平均氣溫為0.17℃,其中1971—1990年間的平均氣溫為0.01℃,1991—2010年間為0.34℃,增加了0.33℃。而科爾沁地區(qū)在同一時(shí)期內(nèi)由6.50℃升高到7.36℃,增加了0.86℃,高于全球同期增溫0.52℃。考慮到全球變暖的緯度效應(yīng),可以認(rèn)為科爾沁地區(qū)受全球變暖的影響相對(duì)較小,反映到本文湖泊消漲與年均氣溫的變化關(guān)系上,二者關(guān)聯(lián)程度較低(表3、圖6)。與此同時(shí),降水量在1985—1998 年間經(jīng)歷了一個(gè)偏高的時(shí)期后,在1999年以后顯著下降(圖3)。
圖5 不同級(jí)別湖泊與同期年均降水量的關(guān)系Fig.5 Relations between lake size and annual mean precipitation
圖6 同期年平均氣溫對(duì)湖泊(1—10km2)消漲的影響Fig.6 Impact of annual mean air temperature on lake (1—10km2) fluctuation
在研究期間,科爾沁沙地湖泊的變化呈現(xiàn)單峰型的變化過程,在1995年間湖泊面積和數(shù)量達(dá)到峰值,進(jìn)入21世紀(jì)湖泊面積萎縮、數(shù)量減少呈明顯的加快趨勢(shì)。到2009年,大于0.05km2湖泊數(shù)量?jī)H為81個(gè),不足高峰期(1995年,765個(gè))的11%;湖泊面積僅為1995年的26%左右。從湖泊分布格局的變化趨勢(shì)來看,無論是湖泊面積還是數(shù)量,不同級(jí)別的變化過程都呈拋物線型變化趨勢(shì),不同級(jí)別湖泊面積和數(shù)量的變化基本一致。其中1995年湖泊的面積和數(shù)量是最大時(shí)期(圖4)。進(jìn)入到21世紀(jì)研究區(qū)湖泊面積和數(shù)量呈顯著的下降趨勢(shì)。
從不同降水量級(jí)別的影響來看,不同降水強(qiáng)度的累計(jì)降水量對(duì)湖泊消漲的影響不顯著,只有年降水量達(dá)到了顯著水平(表3)。據(jù)此可以推斷,年內(nèi)降水量的分布格局對(duì)湖泊變化影響甚微。從湖泊大小對(duì)降水量波動(dòng)的響應(yīng)來看,隨湖泊面積的增加與年降水量的關(guān)系趨向密切(圖5)。產(chǎn)生這一結(jié)果的原因主要有兩種可能,一是面積較小的湖泊可以得到較大面積湖泊萎縮和近期降水事件發(fā)生而形成的補(bǔ)充(即等級(jí)理論中的小系統(tǒng)對(duì)干擾過程反響明顯,變化速率快;較大的系統(tǒng)對(duì)干擾過程反響不明顯,變化速率較慢[27],從而導(dǎo)致面積較小湖泊群的數(shù)量特征變化較小,對(duì)降水量的波動(dòng)響應(yīng)不明顯;二是本文遙感數(shù)據(jù)的獲取時(shí)間間隔較長(zhǎng)(2—7a,表1),很難在符合分析要求的數(shù)據(jù)系列中獲取與降水事件完全匹配的影像,這樣對(duì)那些在不同時(shí)期都存在、面積大的湖泊準(zhǔn)確地得到了反映,而對(duì)于面積較小、在影像數(shù)據(jù)獲取時(shí)面積小于0.05km2的湖泊,則不能得到準(zhǔn)確的反映。
從氣溫升高對(duì)湖泊變化的影響來看,二者關(guān)系不顯著。這一特點(diǎn)與分布在青藏高原和內(nèi)陸干旱區(qū)、依賴冰川融化補(bǔ)給的湖泊類型明顯不同[3,28],科爾沁沙地湖泊主要受降水波動(dòng)的影響,而青藏高原和內(nèi)陸干旱區(qū)湖泊則顯著受到氣溫升高和降水量變化的雙重影響,因?yàn)闅鉁厣咭l(fā)的冰川融化對(duì)增加湖水補(bǔ)給扮演著重要的作用[3,17,19- 20,28]。
從科爾沁沙地湖泊消漲與相鄰的松嫩平原湖泊群的研究結(jié)果比較來看[18,22],二者的變化趨勢(shì)顯著的不同。產(chǎn)生這一結(jié)果的原因可能與科爾沁沙地的湖泊特點(diǎn)有關(guān),因?yàn)榭茽柷呱车氐暮丛诙鄶?shù)情況下與河流沒有直接的連通,只有在特大的豐水年才出現(xiàn)與河流貫通的現(xiàn)象,所以直接受到局地降水波動(dòng)的影響。而相鄰的松嫩平原湖泊群與嫩江相連能夠得到流域降水形成的徑流補(bǔ)充并且受到濕地保護(hù)政策的人為影響,從而湖泊面積呈增加的趨勢(shì)。
本研究表明,近40年來半干旱風(fēng)沙區(qū)湖泊面積和數(shù)量呈拋物線型下降,湖泊的消漲主要受到年降水量波動(dòng)影響與年內(nèi)降水分布格局無關(guān),氣溫變化的影響不顯著。
[1] Harris A R. Time series remote sensing of a climatically sensitive lake. Remote Sensing of Environment, 1994, 50(2): 83- 94.
[2] Wei X H, Du Y, Nakayama Y, Xue H P, Ren X Y. Change of lake surface area in the Four-lake area over the past decades. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2005, 14(3): 293- 297
[3] Bian D, Yang Z G, Li L, Chu D, Zhuo G, Bianba C R, Zhaxi Y Z, Dong Y. The response of lake area change to climate variations in north Tibetan Plateau during last 30 years. Acta Geographica Sinica, 2006, 61(5): 510- 518.
[4] Zhu L P, Xie M P, Wu Y H. Quantitative analysis of lake area variations and the influence factors from 1971 to 2004 in the Nam Co Basin of the Tibetan Plateau. Chinese Science Bulletin, 2010, 55(13): 1294- 1303.
[5] Shi Q, Jiao F, Chen Y, Li T Q. Decomposition of lotus leaf litter and its effect on the aquatic environment of the Beili Lake in the Hangzhou West Lake. Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(18): 5171- 5179.
[6] Hartmann C H. Climate change impacts on Lanrentian Great Lakes levels. Climatic Change, 1990, 17(1): 49- 67.
[7] Sun F H, Yang S Y, Chen P S. Climatic warming-drying trend in Northeastern China during the last 44 years and its effects. Chinese Journal of Ecology, 2005, 24(7): 751- 755.
[8] Xiao F, Du Y, Ling F, Wu S J, Yan Y. Analysis of relation between change of lakes and the spatial pattern of soils in the lake district in Sihu Drainage Basin, middle reaches of Yangtze River. Wetland Science, 2010, 10(1): 8- 14.
[9] Verschuren D. Reconstructing fluctuations of a shallow East African lake during the past 1800 yrs from sediment stratigraphy in a submerged crater basin. Journal of Paleolimnology, 2001, 25(3): 297- 311.
[10] Zhang J C, Jiang Q G, Li Y H, Wang K. Dynamic monitoring and climatic background of lake changes in Tibet based on RS/GIS. Journal of Earth Sciences and Environment, 2008, 30(1): 87- 93.
[11] He J, Sun Y, Lü C W, Liu E D, Shen L L. Research on phosphorus release from the surface sediments in the Daihai Lake. Acta Ecologica Sinica, 2010, 30(2): 389- 398.
[12] Fernández-Aláez C, Fernández-Aláez M, Bécares E. Influence of water level fluctuation on the structure and composition of the macrophyte vegetation in two small temporary lakes in the northwest of Spain. Hydrobiologia, 1999, 415: 155- 162.
[13] Tsugeki N, Oda H, Urabe J. Fluctuation of the zooplankton community in Lake Biwa during the 20th century: a paleolimnological analysis. Limnology, 2003, 4(2): 101- 107.
[14] O′Reilly C M, Alin S R, Plisnier P D, Cohen A S, McKee B A. Climate change decreases aquatic ecosystem productivity of Lake Tanganyika, Africa. Nature, 2003, 424(6960): 766- 768.
[15] Liu Y, Guo H C, Zhou F, Wang Z, Huang K. Role of water level fluctuation on aquatic vegetation in lakes. Acta Ecologica Sinica, 2006, 26(9): 3117- 3126.
[16] Nowlin W H, Davies J M, Nordin R N, Mazumder A. Effects of water level fluctuation and short-term climate variation on thermal and stratification regimes of a British Columbia reservoir and lake. Lake and Reservoir Management, 2004, 20(2): 91- 109.
[17] Li L, Wu S X, Zhu X D, Chang G G, Li F X. Response of the plateau lakes to changes of climate and frozen earth environment in the headwaters of the Yellow River since the 21st century. Journal of Natural Resources, 2008, 23(2): 245- 253.
[18] Gui Z F, Xue B, Yao S C, Wei W J. Responses of lakes in the Songnen Plain to climate change. Journal of Lake Science, 2010, 22(6): 852- 861.
[19] Ding Y J, Liu S Y, Ye B S, Zhao L. Climatic implications on variations of lakes in the cold and arid regions of China during the recent 50 years. Journal of Glaciology and Geocryology, 2006, 28(5): 623- 632.
[20] Ma L J, Zhao J F, Zhang H J, Fan J L, Guo X Y. Impacte of glacier and snow melting on Bosten Lake under climate change. Arid Land Geography, 2010, 33(2): 210- 216.
[21] Ma L, Wu J L, Jilili A. Area change of Chaiwopu Lake and its environmental effects in the past 30 years. Arid Land Geography, 2011, 34(4): 649- 653.
[22] Lu A X, Wang L H, Yao T D. The study of Yamzho lake and Chencuo lake variation using remote senaing in Tibet plateau from 1970 to 2000. Remote Sensing Technology and Application, 2006, 21(3): 173- 178.
[23] Li J J, Jia J H, Hao J Y. The extraction and dynamic analysis of Da-an Group Lakes Area in Songnen Plain based on remote sensing. Remote Application, 2009, (3): 44- 53.
[24] Congalton R G, Mead R A. A quantitative method to test for consistency and correctness in photointerpretation. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 1983, 49(1): 69- 74.
[25] Stehman S V. Comparing thematic maps based on map value. International Journal of Remote Sensing, 1999, 20(12): 2347- 2366.
[26] Jones P D, Parker D E, Osborn T J, Briffa K R. Global and hemispheric temperature anomalies—land and marine instrumental records // Trends: A Compendium of Data on Global Change. Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, U.S. Department of Energy, Oak Ridge, Tenn., 2011, U.S.A. doi: 10.3334/CDIAC/cli.002.
[27] Wu J G, Loucks O L. From balance of nature to hierarchical patch dynamics: A paradigm shift in ecology. The Quarterly Review of Biology, 1995, 70(4): 439- 466.
[28] Zhang S P, Zhang H C, Chen G J, Chang F Q, Cai Y F, Zheng Q. Climate and glacier changes and lake response in the Ngangla ringsto catchment in western Tibetan plateau. Journal of Glaciology and Geocryology, 2012, 34(2): 267- 276.
參考文獻(xiàn):
[2] 魏顯虎, 杜耘, Nakayama Y, 薛懷平, 任憲友. 基于RS/GIS 的四湖地區(qū)湖泊水域百年變遷研究. 長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境, 2005, 14(3): 293- 297.
[3] 邊多, 楊志剛, 李林, 除多, 卓嘎, 邊巴次仁, 扎西央宗, 董妍. 近30 年來西藏那曲地區(qū)湖泊變化對(duì)氣候波動(dòng)的響應(yīng). 地理學(xué)報(bào), 2006, 61(5): 510- 518.
[4] 朱立平, 謝曼平, 吳艷紅. 西藏納木錯(cuò)1971—2004 年湖泊面積變化及其原因的定量分析. 科學(xué)通報(bào), 2010, 55(18): 1789- 1798.
[5] 史綺, 焦鋒, 陳瑩, 李太謙. 杭州西湖北里湖荷葉枯落物分解及其對(duì)水環(huán)境的影響. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 31(18): 5171- 5179.
[7] 孫鳳華, 楊素英, 陳鵬獅. 東北地區(qū)近44年的氣候暖干化趨勢(shì)分析及可能影響. 生態(tài)學(xué)雜志, 2005, 24(7): 751- 755.
[8] 肖飛, 杜耘, 凌峰, 吳勝軍, 嚴(yán)翼. 長(zhǎng)江中游四湖流域湖泊變遷與湖區(qū)土壤空間格局的關(guān)聯(lián)分析. 濕地科學(xué), 2010, 10(1): 8- 14.
[10] 張繼承, 姜琦剛, 李遠(yuǎn)華, 王坤. 基于RS/GIS 的西藏地區(qū)湖泊變化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及氣候背景. 地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào), 2008, 30(1): 87- 93.
[11] 何江, 孫英, 呂昌偉, 劉二東, 沈麗麗. 岱海表層沉積物中內(nèi)源磷的釋放. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 30(2): 389- 398.
[15] 劉永, 郭懷成, 周豐, 王真, 黃凱. 湖泊水位變動(dòng)對(duì)水生植被的影響機(jī)理及其調(diào)控方法. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 26(9): 3117- 3126.
[17] 李林, 吳素霞, 朱西德, 常國(guó)剛, 李鳳霞. 21世紀(jì)以來黃河源區(qū)高原湖泊群對(duì)氣候變化的響應(yīng). 自然資源學(xué)報(bào), 2008, 23(2): 245- 253.
[18] 桂智凡, 薛濱, 姚書春, 魏文佳. 東北松嫩平原區(qū)湖泊對(duì)氣候變化響應(yīng)的初步研究. 湖泊科學(xué), 2010, 22(6): 852- 861.
[19] 丁永建, 劉時(shí)銀, 葉柏生, 趙林. 近50a中國(guó)寒區(qū)與旱區(qū)湖泊變化的氣候因素分析. 冰川凍土, 2006, 28(5): 623- 632.
[20] 馬麗娟, 趙景峰, 張宏俊, 范敬龍, 郭曉寅. 氣候變化背景下冰川積雪融水對(duì)博斯騰湖水位變化的影響. 干旱區(qū)地理, 2010, 33(2): 210- 216.
[21] 馬龍, 吳敬祿, 吉力力·阿不都外力. 30 多年來柴窩堡湖演化特征及其環(huán)境效應(yīng). 干旱區(qū)地理, 2011, 34(4): 649- 653.
[22] 魯安新, 王麗紅, 姚檀棟. 青藏高原湖泊現(xiàn)代變化遙感方法研究. 遙感技術(shù)與應(yīng)用, 2006, 21(3): 173- 178.
[23] 李晶晶, 賈建華, 郝景研. 基于RS的松嫩平原大安湖泊群面積提取與動(dòng)態(tài)變化分析. 遙感信息, 2009, (3): 44- 53.
[28] 張淑萍, 張虎才, 陳光杰, 常鳳琴, 蔡艷鳳, 鄭茜. 1973—2010年青藏高原西部昂拉仁錯(cuò)流域氣候、冰川變化與湖泊響應(yīng). 冰川凍土, 2012, 34(2): 267- 276.
ResponsesoflakefluctuationtoclimatechangeinHorqinSandyLand
CHANG Xueli1,*, ZHAO Xueyong2, WANG Wei1, LIU Liangxu1
1CollegeofGeographyandPlanning,LudongUniversity,Yantai264025,China2ColdandAridRegionsEnvironmentalandEngineeringResearchInstitute,ChineseAcademyofScience,Lanzhou730000,China
Lake is a geographical unit sensitive to climate change; it is an important aspect to understand the responses of terrestrial hydro-ecological process to future climate change in different regions. Especially, the lake variation is a significant indictor for ecological conservation and sustainable development in arid and semi-arid zone. Researches have indicated that lake fluctuation was influenced by climate change, but few analyzed the relationship between lake variation and climate change based on lake scale and precipitation classification. RS and GIS techniques were employed in this article to analyze the relationship between lake area/number and precipitation class in Horqin Sandy Land. Analysis showed that air temperature increase and annual precipitation reduction are two dominant characteristics in Horqin Sandy Land from 1971 to 2010. Five-year moving average analysis revealed that the annual mean air temperature had a turning point at 1990 and the mean value was (7.36±0.55)℃ from 1991 to 2010, higher than 0.52℃ of the global mean during same period. The lake area and number were changed in a pattern of parabola form 1975 to 2009, and the peaks of the both were at 1995. There was a rapid lake shrinkage in recent decade, and as a result the number and area of lakes with an area more than 0.05 km2in 2009 was less than 11% and 26% of that in 1995, respectively. Lake variation was not affected by precipitation distribution in a year, but the amount of annual precipitation. The annual mean air temperature was not a significant factor to lake variation.
precipitation fluctuation; lake area and number; Horqin Sandy Land
國(guó)家自然科學(xué)基金(41271193); 國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2011BAC07B02); 魯東大學(xué)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目資助
2012- 07- 11;
2012- 10- 26
*通訊作者Corresponding author.E-mail: xlchang@126.com
10.5846/stxb201207110979
常學(xué)禮, 趙學(xué)勇, 王瑋, 劉良旭.科爾沁沙地湖泊消漲對(duì)氣候變化的響應(yīng).生態(tài)學(xué)報(bào),2013,33(21):7002- 7012.
Chang X L, Zhao X Y, Wang W, Liu L X.Responses of lake fluctuation to climate change in Horqin Sandy Land.Acta Ecologica Sinica,2013,33(21):7002- 7012.