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。

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