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        新疆和田河中游和—墨—洛綠洲時(shí)空變化特征研究

        2015-05-30 09:36:08張展赫來(lái)風(fēng)兵陳蜀江
        安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年8期
        關(guān)鍵詞:時(shí)空變化氣溫降水

        張展赫 來(lái)風(fēng)兵 陳蜀江

        摘要 通過(guò)對(duì)1973、1993、1999和2014年四期Landsat影像進(jìn)行預(yù)處理和信息提取,結(jié)合氣溫與降水?dāng)?shù)據(jù),探討近40年來(lái)和田河中游和-墨-洛綠洲時(shí)空變化特征。結(jié)果表明,①近40年來(lái),綠洲面積顯著增大;②綠洲集中分布在山前沖積平原區(qū),向西南擴(kuò)張;③近40年來(lái),氣溫上升,促進(jìn)了綠洲的發(fā)展。

        關(guān)鍵詞:和-墨-洛綠洲;Landsat影像;氣溫;降水;時(shí)空變化

        中圖分類號(hào):S181.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611(2015)08-220-03

        綠洲是人類為某種目的在干旱、半干旱和旱寒氣候區(qū)特有植被帶中通過(guò)人為供水所建立的人工生物群落的地理綜合景觀區(qū)[1]。作為干旱、半干旱區(qū)的一種獨(dú)特生態(tài)單元,綠洲維系著人類的生存、活動(dòng)和發(fā)展。新疆和田地區(qū)和田市、墨玉縣和洛甫縣3個(gè)綠洲簡(jiǎn)稱和-墨-洛綠洲,綠洲位于昆侖山北麓,塔里木盆地南沿,和田河中游。由于身居歐亞大陸腹地,受四周各大山脈的阻擋,水汽難以抵達(dá),因而綠洲內(nèi)部降水極少。近年來(lái),耕地面積顯著增加,灌叢與低覆被草地面積明顯減少,加之上游水資源的開(kāi)發(fā),致使耕地大面積撂荒,出現(xiàn)生態(tài)移民,嚴(yán)重威脅綠洲的生態(tài)安全與穩(wěn)定[2]。在氣候變暖、絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶等時(shí)代背景下,和田綠洲面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

        目前,對(duì)于和-墨-洛綠洲的研究主要集中在土地利用變化[2]、水文 [3-4]、適宜規(guī)模[5]、景觀特征[6]、防護(hù)林[7]、生態(tài)服務(wù)價(jià)值[8] 等方面,關(guān)于和-墨-洛綠洲長(zhǎng)時(shí)序變化的研究仍是空白。因此,筆者以和田河中游和-墨-洛綠洲作為研究區(qū),應(yīng)用三波段梯度差植被指數(shù)TGDVI,探討近40年來(lái)和-墨-洛綠洲時(shí)空變化特征及與氣候的響應(yīng)機(jī)制,以期研究綠洲發(fā)展變化內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力,為當(dāng)?shù)睾侠戆l(fā)展綠洲農(nóng)業(yè)提供依據(jù)。

        1 研究區(qū)概況

        和-墨-洛綠洲依托和田河水源而生息(圖1),氣候類型為內(nèi)陸沙漠性氣候,極度干燥,光熱充足,降水稀少,多沙塵暴、浮沉,風(fēng)沙危害嚴(yán)重。和-墨-洛綠洲范圍內(nèi)年平均氣溫為11.5~11.9 ℃,7月平均氣溫為24.7~25.2 ℃,1月平均氣溫為-6.1~5.4 ℃,綠洲冬季是新疆南疆最為溫暖的地區(qū)之一。多年平均降水量只有35 mm,但蒸發(fā)量大,蒸降比達(dá)70∶1。地表為粉細(xì)沙,質(zhì)地疏松,植被稀少,下墊面干燥,4~5級(jí)即可起沙。年可兩熟,并適宜種植中熟陸地棉、早熟長(zhǎng)絨棉經(jīng)濟(jì)作物,核桃、無(wú)花果等喜溫果木。

        2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

        2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源 采用1973年7月MSS影像、1993年6月TM影像、1999年7月TM影像和2014年OLI影像數(shù)據(jù),下載自USGS網(wǎng)站(美國(guó)地質(zhì)勘探局,United States Geological Survey)。氣溫、降水資料來(lái)自中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)。

        2.2 數(shù)據(jù)處理

        2.2.1 綠洲面積確定。

        綠洲邊界會(huì)因?yàn)槿藶榛顒?dòng)或自然環(huán)境變化的影響而發(fā)生變化[9],很難確定綠洲邊界,進(jìn)而計(jì)算綠洲面積??紤]到綠洲外圍會(huì)有林木,因此將假彩色影像與相應(yīng)影像計(jì)算得出的TGDVI值圖進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)兩者在邊界上具有很好的契合度,TGDVI的區(qū)分度優(yōu)于前者。對(duì)照google影像圖、Landsat影像及實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù),在TGDVI值圖上進(jìn)行信息提取,類別劃分為沙地(稀疏林地)、耕地(含周圍林木)、水體(河流與湖泊)、居民地(含交通地),以耕地面積來(lái)提取綠洲。

        2.2.2 數(shù)據(jù)處理。

        利用ERDAS9.2軟件,分別對(duì)四期影像進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、幾何糾正等預(yù)處理。三波段梯度差植被指數(shù)TGDVI具有高飽和點(diǎn)和一定的背景消除能力[10],對(duì)提取植被有明顯的優(yōu)勢(shì)。TGDVI值計(jì)算公式如下:

        TGDVI=NIR-Rλnir-λr-R-Gλr-λg

        其中,NIR為近紅外波段,R為紅波段,G為綠波段,λnir、λr、λg分別為波段對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)。經(jīng)統(tǒng)計(jì),TGDVI沙地、TGDVI水體、TGDVI居民地均<0,TGDVI耕地>0。

        選用和田氣象觀測(cè)臺(tái)數(shù)據(jù),應(yīng)用Origin8.0軟件統(tǒng)計(jì)年平均降水、年平均氣溫、年最高和最低氣溫及其變化趨勢(shì)。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 綠洲動(dòng)態(tài)變化 統(tǒng)計(jì)顯示,20世紀(jì)70年代和田綠洲面積較小,僅有494 km2,1993~2014年,綠洲面積較大,綠洲增長(zhǎng)平緩,逐步趨向飽和狀態(tài),2014年達(dá)到4 138 km2。4個(gè)時(shí)期綠洲的空間分布表明(圖2),1973年和田綠洲主要分布在山前沖積扇平原,少量沿和田河兩岸狹長(zhǎng)分布;1993年和田綠洲在西側(cè)向內(nèi)收縮,山前平原綠洲與河岸綠洲較1973年均密集分布,河岸綠洲向下游延伸;1999年綠洲變化特征與1993年相似,在范圍和密集程度上并無(wú)顯著變化;2014年和田綠洲較之前向西南方向擴(kuò)展,密集程度和1999年相似。

        3.2 綠洲變化與氣候的關(guān)系 圖3表明,1973~1993年和1994~2014年這兩段時(shí)期,和田綠洲年平均降水量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì),前者上升的幅度略大于后者。降水增加在一定程度上促進(jìn)了綠洲的發(fā)展。1973~1993年這段時(shí)期,氣溫變化幅度小,但1994~2014年之間,從1997年開(kāi)始,氣溫增長(zhǎng)幅度陡然增加。氣溫上升可能是造成綠洲發(fā)展迅速的主要影響因子。

        1973~2014年年最低、最高氣溫呈現(xiàn)上升趨勢(shì),且年平均最高氣溫、年平均最低氣溫與年均溫的相關(guān)系數(shù)分別為0.954、0.962(0.01水平),說(shuō)明年最高、最低氣溫共同協(xié)作使氣溫上升。年最低氣溫增大減弱低溫環(huán)境下莊稼的受氣溫脅迫程度,耕地面積增大。

        綜上所述,1973~2014年降水增加,氣溫增加,導(dǎo)致氣候變暖,促進(jìn)綠洲的發(fā)展。

        4 結(jié)論與討論

        近40年來(lái),綠洲面積顯著增大,持續(xù)到90年代,而后緩慢增長(zhǎng)。

        綠洲集中分布在山前沖積平原區(qū),少量沿玉龍喀什河與喀拉喀什河兩岸狹長(zhǎng)分布。總體來(lái)看,綠洲向西南與和田河下游擴(kuò)張。

        近40年來(lái),氣溫上升,促進(jìn)了綠洲的發(fā)展,而天然降水并沒(méi)有對(duì)綠洲發(fā)展產(chǎn)生顯著影響。

        和-墨-洛綠洲集中分布于山前沖積平原,此處坡度小,土層深厚,引水近便。而玉龍喀什河?xùn)|岸、喀拉喀什河西岸以及兩河間的中央地帶,地表廣泛分布粉細(xì)砂,質(zhì)地疏松,加之植被稀少,風(fēng)沙危害嚴(yán)重,因此綠洲沿河岸狹長(zhǎng)分布。

        由于能源匱乏,農(nóng)村多以木材和秸稈作為主要燃料,導(dǎo)致和-墨-洛綠洲外圍胡楊、紅柳等抗風(fēng)沙植被大量減少,沙漠侵蝕加重,綠洲向內(nèi)收縮。

        和田綠洲地處沙漠邊緣,南部緊靠昆侖山,水汽來(lái)源較少,加之沙漠內(nèi)的熱力作用,在該區(qū)域形成了極度干燥的內(nèi)陸沙漠性氣候,天然降水對(duì)綠洲發(fā)展的經(jīng)濟(jì)意義不大。氣溫升高,融雪增加,綠洲水源補(bǔ)給隨之增多,耕地、林地面積增加。

        參考文獻(xiàn)

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