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The coupling relationship between variations of NDVI and change of aeolian sandy land in the Yarlung Zangbo River Basin of Tibet, China

雅鲁藏布江流域NDVI变化与风沙化土地演变的耦合关系



全 文 :
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿猿卷 第 圆源期摇 摇 圆园员猿年 员圆月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
中国南方红壤生态系统面临的问题及对策 赵其国袁黄国勤袁马艳芹 渊苑远员缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
叶生态学基础曳院对生态学从传统向现代的推进要要要纪念 耘援孕援奥德姆诞辰 员园园周年
包庆德袁张秀芬 渊苑远圆猿冤
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食物链长度理论研究进展 张摇 欢袁何摇 亮袁张培育袁等 渊苑远猿园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
天山盘羊夏季采食地和卧息地生境选择 李摇 叶袁余玉群袁史摇 军袁等 渊苑远源源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
松果梢斑螟对虫害诱导寄主防御的抑制作用 张摇 晓袁李秀玲袁李新岗袁等 渊苑远缘员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
菹草附着物对营养盐浓度的响应及其与菹草衰亡的关系 魏宏农袁潘建林袁赵摇 凯袁等 渊苑远远员冤噎噎噎噎噎噎噎
濒危高原植物羌活化学成分与生态因子的相关性 黄林芳袁李文涛袁王摇 珍袁等 渊苑远远苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
四年 韵猿熏气对小麦根际土壤氮素微生物转化的影响 吴芳芳袁郑有飞袁吴荣军袁等 渊苑远苑怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎
重金属 悦凿圆垣和 悦怎圆垣胁迫下泥蚶消化酶活性的变化 陈肖肖袁高业田袁吴洪喜袁等 渊苑远怨园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
不同生境中橘小实蝇种群动态及密度的差异 郑思宁 渊苑远怨怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
亚热带樟树鄄马尾松混交林凋落物量及养分动态特征 李忠文袁闫文德袁郑摇 威袁等 渊苑苑园苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
中国陆地生态系统通量观测站点空间代表性 王绍强袁陈蝶聪袁周摇 蕾袁等 渊苑苑员缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
雅鲁藏布江流域 晕阅灾陨变化与风沙化土地演变的耦合关系 李海东袁沈渭寿袁蔡博峰袁等 渊苑苑圆怨冤噎噎噎噎噎噎
高精度遥感影像下农牧交错带小流域景观特征的粒度效应 张庆印袁樊摇 军 渊苑苑猿怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
高寒草原土壤有机碳及土壤碳库管理指数的变化 蔡晓布袁于宝政袁彭岳林袁等 渊苑苑源愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
芦芽山亚高山草甸尧云杉林土壤有机碳尧全氮含量的小尺度空间异质性
武小钢袁郭晋平袁田旭平袁等 渊苑苑缘远冤
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湘中丘陵区不同演替阶段森林土壤活性有机碳库特征 孙伟军袁方摇 晰袁项文化袁等 渊苑苑远缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎
东北黑土区片蚀和沟蚀对土壤团聚体流失的影响 姜义亮袁郑粉莉袁王摇 彬袁等 渊苑苑苑源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
滇西北高原纳帕海湿地土壤氮矿化特征 解成杰袁郭雪莲袁余磊朝袁等 渊苑苑愿圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
红壤区桉树人工林炼山后土壤肥力变化及其生态评价 杨尚东袁吴摇 俊袁谭宏伟袁等 渊苑苑愿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
圆园园园要圆园员园年黄河流域植被覆盖的时空变化 袁丽华袁蒋卫国袁申文明袁等 渊苑苑怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
庐山森林景观格局变化的长期动态模拟 梁艳艳袁周年兴袁谢慧玮袁等 渊苑愿园苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
暖温带鄄北亚热带生态过渡区物种生境相关性分析 袁志良袁陈摇 云袁韦博良袁等 渊苑愿员怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同生境和去趋势方法下的祁连圆柏径向生长对气候的响应 张瑞波袁袁玉江袁魏文寿袁等 渊苑愿圆苑冤噎噎噎噎噎
资源与产业生态
大小兴安岭生态资产变化格局 马立新袁覃雪波袁孙摇 楠袁等 渊苑愿猿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
生态环境移动数据采集系统研究与实现 申文明袁孙中平袁张摇 雪袁等 渊苑愿源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城乡与社会生态
城市遥感生态指数的创建及其应用 徐涵秋 渊苑愿缘猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
大明竹属遗传多样性 陨杂杂砸分析及 阅晕粤指纹图谱研究 黄树军袁陈礼光袁肖永太袁等 渊苑愿远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
干旱胁迫下 源 种常用植物幼苗的光合和荧光特性综合评价 卢广超袁许建新袁薛摇 立袁等 渊苑愿苑圆冤噎噎噎噎噎
基于 陨栽杂圆和 员远杂 则砸晕粤的西施舌群体遗传差异分析 孟学平袁申摇 欣袁赵娜娜袁等 渊苑愿愿圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
两种浒苔无机碳利用对温度响应的机制 徐军田袁王学文袁钟志海袁等 渊苑愿怨圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
北京山区侧柏林冠层对降雨动力学特征的影响 史摇 宇袁余新晓袁张建辉袁等 渊苑愿怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
学术信息与动态
景观生态学研究院传统领域的坚守与新兴领域的探索要要要圆园员猿厦门景观生态学论坛述评
杨德伟袁赵文武袁吕一河 渊苑怨园愿冤
噎噎噎噎噎噎噎噎
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期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢圆怨远鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿猿鄢圆园员猿鄄员圆
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 黄土丘陵农牧交错带要要要黄土丘陵是中国黄土高原的主要地貌形态袁由于黄土质地疏松袁加之雨季集中袁降水强度
较大袁地表流水冲刷形成很多沟谷袁斜坡所占的面积很大遥 这里千百年来的农牧交错作业袁地表植被和生态系统均
遭受了严重的破坏遥 利用高精度影像对小流域景观的研究表明袁这里耕地尧林地和水域景观相对比较规则简单袁荒
草地和人工草地景观比较复杂遥 农牧交错带小流域景观形态具有分形特征袁各类景观斑块的分维数对粒度变化的
响应不同袁分维数随粒度的增大呈非线性下降趋势遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 33 卷第 24 期
2013年 12月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.33,No.24
Dec.,2013
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金资助项目(41301611); 江苏省自然科学基金资助项目(BK20130103); 国家环保公益性行业科研专项资助项目
(200809010)
收稿日期:2013鄄06鄄05; 摇 摇 修订日期:2013鄄10鄄10
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: lihd2020@ 163.com
DOI: 10.5846 / stxb201306051350
李海东,沈渭寿, 蔡博峰,纪迪,张晓勇.雅鲁藏布江流域 NDVI变化与风沙化土地演变的耦合关系.生态学报,2013,33(24):7729鄄7738.
Li H D, Shen W S, Cai B F, Ji D, Zhang X Y.The coupling relationship between variations of NDVI and change of aeolian sandy land in the Yarlung
Zangbo River Basin of Tibet, China.Acta Ecologica Sinica,2013,33(24):7729鄄7738.
雅鲁藏布江流域 NDVI变化与
风沙化土地演变的耦合关系
李海东1,*,沈渭寿1, 蔡博峰2,纪摇 迪1, 张晓勇3
(1. 环境保护部南京环境科学研究所,南京摇 210042; 2. 环境保护部环境规划院,北京摇 100012;
3. 江苏省环境监测中心, 南京摇 210036)
摘要:运用 1982—2010年的两种 NDVI 数据集(Pathfinder AVHRR 和 SPOT VEGETATION),以及 1975、1990、2000 和 2008 年 4
期遥感数据,通过 GIS技术、人工目视解译和灰色关联分析方法,研究了雅鲁藏布江流域 NDVI 变化和风沙化土地演变的耦合
关系,结合 1957—2007年降水和气温逐日气象资料,探讨了气候变化对其耦合关系的影响。 结果表明:(1)流域内 1982—2010
年 NDVI的年际变化总体上呈波动式增长的趋势。 NDVI空间分布呈现由下游向中上游逐渐降低的趋势,以米林宽谷最大、马
泉河宽谷最小。 (2)2008年流域内共有风沙化土地 273 697.54hm2,呈现由江源区马泉河宽谷向中下游递减的趋势。 1975—
2008年流域内风沙化土地呈缓慢增长趋势,以 1990—1999年增长率最高,2000—2008年的增长率最小。 (3)对于 NDVI年变化
和植被生长季(7—9月份)的变化,马泉河宽谷受平均气温的影响最大,日喀则宽谷和山南宽谷受年降水量的影响最大;米林宽
谷 NDVI的年变化受风沙化土地扩展的影响最大,植被生长季变化受年降水量的影响最大。 (4)不同宽谷段 NDVI与风沙化土
地年变化的关联度自下游向中上游呈总体减小的趋势。 流域尺度 NDVI 植被生长季变化主要受平均气温和年降水量的影响,
非植被生长季(10月—翌年 6月)变化主要受风沙化土地扩展的影响。
关键词:植被指数;风沙化土地;气候变化;灰色关联分析;西藏高原
The coupling relationship between variations of NDVI and change of aeolian
sandy land in the Yarlung Zangbo River Basin of Tibet, China
LI Haidong1,*, SHEN Weishou1, CAI Bofeng2, JI Di1, ZHANG Xiaoyong3
1 Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China
2 Chinese Academy for Environmental Planning, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100012, China
3 Jiangsu Environmental Monitoring Center, Nanjing 210036, China
Abstract: Based on two NDVI datasets (Pathfinder AVHRR NDVI and SPOT VEGETATION NDVI) from 1982 to 2010
and four series of aeolian sandy land data visually interpreted from the Landsat images of 1975, 1990, 2000, and 2008 with
the aid of geographic information system ( GIS) technology, the coupling relationship between variations of NDVI and
change of aeolian sandy land in the Yarlung Zangbo River basin of Tibet, China were analyzed using grey correlation
analysis method. Thereafter, their coupling relationship with climate factors ( temperature and precipitation) were discussed
extracted from meteorological data collected from eight monitoring stations in or around the study area during the period of
1957—2007. The results showed that: 1) The annual mean NDVI in the Yarlung Zangbo River basin demonstrated a
fluctuating growing trend during the period of 1982—2010. Meanwhile, the spatial distribution of annual mean NDVI
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presented a gradually decreasing trend from Milin wide valley in the downstream to the middle and upper reaches of the river
basin gradually, with the largest NDVI value found in Milin wide valley and the smallest value in Maquanhe wide valley. 2)
There were 273 697.54 hm2 of aeolian sandy lands in the river basin in 2008, which showed a spatially decreasing trend
from the Maquanhe wide valley in the headwater area to the middle and lower reaches. The area of aeolian sandy lands in the
river basin increased slowly from 1975 to 2008, with the quickest increase during the 1990—1999 period and slowest
increase during the 2000—2008 period. 3) The main factors which influenced the variations of annual mean NDVI and
variations of NDVI in growing season ( July to September) was the annual mean temperature in Maquanhe wide valley,
while being annual precipitation in Shigatse wide valley and Shannan wide valley, respectively. However, in Milin wide
valley, the variations of annual mean NDVI were mainly influenced by the expansion of aeolian sandy land, while that of
NDVI in growing season were mainly influenced by annual precipitation. 4) The degree of correlation between variation of
annual mean NDVI and annual change of aeolian sandy land in different wide valleys showed a decreasing trend totally from
the downstream to the middle and upper reaches of the river basin. Besides, the variation of NDVI in growing season in the
basin was mainly affected by mean temperature and annual precipitation, while in non鄄growing season (October to June) it
was mainly affected by the expansion of aeolian sandy land.
Key Words: NDVI; aeolian sandy land; climate change; grey correlation analysis; Tibetan Plateau
气候变化是制约生态脆弱地区沙漠化的最主要和多变的环境因素,对植被退化、生物多样性丧失和沙漠
化发生发展有直接的影响[1鄄2]。 归一化差值植被指数(NDVI)是反映区域植被动态变化的最敏感指标,在某
种程度上代表着土地覆盖的动态变化[3]。 近年来,许多学者对 NDVI 与气候变化之间的关系进行了广泛研
究。 Weiss等[4]分析了新墨西哥州不同季节以及年内植被与气候的相关性,宋怡等[5]利用 NDVI 数据分析了
我国寒旱地区植被生长状况及其对各种气候因子的响应关系,朴世龙等[6]利用 NOAA / AVHRR 数据研究指
出青藏高原植被对全球变化的响应是最明显的。 同时,许多学者亦对气候变化与沙漠化之间的影响做了大量
的研究。 魏文寿等[7]研究指出在没有人为影响的条件下,古尔班通古特沙漠边缘的沙漠化对气候变化有着
明显的响应,其响应过程反映出沙漠化的敏感性和干旱气候积累的滞后性;白美兰等[8]研究指出气候的变
干、变暖以及局地性暴雨的增强,可以导致沙漠化进程的加快。 由此可见,气候变化与 NDVI、土地沙漠化之间
均存在着较强的相关性,然而,目前将 NDVI与土地沙漠化、气象数据相结合,系统分析三者之间关联性的研
究尚鲜有报道。
雅鲁藏布江流域地势高亢,平均海拔超过 4000m,是我国第五大河(仅次于长江、黄河、黑龙江和珠江)和
世界上海拔最高的大河。 流域内物理冻融侵蚀作用广泛,生态环境极其脆弱。 由于地表沙物质丰富、气候干
冷多风、植被稀疏低矮等,风沙地貌非常发育[9鄄11]。 近 20 年来,西藏自治区在雅鲁藏布江源区开展了国家级
生态功能保护区的建设试点,在中部流域开展了大规模人工造林和围栏封育等生态保护与建设工作,对区域
风沙灾害防治发挥了重要作用。 但同时,由于受全球气候变暖以及人类活动的影响,雅鲁藏布江源区、中部流
域的拉萨国际机场和日喀则机场周边的风沙化土地近几十年来仍呈缓慢的增长趋势[12鄄14]。 当前,在气候波
动和生态保护与建设的叠加作用下,雅鲁藏布江流域植被生长状况和风沙化土地变化之间的关联性如何? 以
及气候因素和人类活动对其耦合关系的影响等,这些问题亟待分析与讨论。 因此,开展流域内植被 NDVI 和
风沙化土地变化的关联性研究,分析 NDVI、风沙化土地变化和气候变化之间的耦合关系,对加强流域生态安
全屏障建设、指导正在进行的风沙化土地生态恢复工作具有重要意义。
1摇 研究区概况
雅鲁藏布江由西向东横跨西藏自治区的拉萨市、日喀则和山南地区的大部分和阿里、那曲、昌都地区的一
小部分,涉及 41个县(市),流域面积 24.2万 km2,占西藏国土面积的 20%。 流域内地势西高东低,南北高、中
间低(图 1)。 受西南季风的影响,流域内降水主要来源于印度洋孟加拉湾的暖湿气流,由于南部喜马拉雅山
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脉的阻隔,大部沿江而上形成降水,且从下而上逐渐减少。 在下游干流两侧高山区形成由南向北、由东向西递
减的易贡藏布—尼洋河、尼洋河—干流河谷,以及雅鲁藏布江大拐弯西南侧若干个降水高值中心[15]。 在喜马
拉雅山北麓,由于南来的气流过喜马拉雅山后的下沉作用,形成了一条狭长的雨影区,导致雅鲁藏布江中上游
降水量显著减小。
雅鲁藏布江流域内上下游气候条件各异,下游地区为亚热带湿润气候,广大中游地区属温带森林草原气
候,上游谷地为温带草原气候。 雅鲁藏布江上游地区,受环流形势和水汽条件的限制,无暴雨产生,年降水量
较小。 中游河谷地形的主要特点是宽谷与峡谷相间,宽谷段河道平缓,叉流发达,多为游荡性辫状水道,枯水
季节河床边滩和心洲大片出露。 流域中上游生态环境脆弱,干季大风盛行,河谷地区风沙危害严重,沙丘、沙
丘链随处可见。 沙生植物主要有砂生槐( Sophora moorcroftiana)、固沙草(Orinus thoroldii)、三角草(Aristida
triseta)、棘豆(Oxytropis sericopetala)、藏白蒿(Artemisia younghusbandii)、藏沙蒿(Artemisia wellbyi)等。
按河谷宽窄特征和行政界线,将雅鲁藏布江流域自上而下划分为 4 个宽谷段,即马泉河宽谷、日喀则宽
谷、山南宽谷和米林宽谷(图 1),不同宽谷段的气候特征见表 1。 流域内支流众多,主要有多雄藏布、年楚河、
拉萨河、尼洋河和帕隆藏布等。 其中,多雄藏布、年楚河位于日喀则宽谷段,拉萨河位于山南宽谷段,尼洋河和
帕隆藏布位于米林宽谷段。
图 1摇 雅鲁藏布江流域的地貌特征和野外调查路线
Fig.1摇 Morphologic characteristics of the Yarlung Zangbo River Basin and the field survey routes
表 1摇 雅鲁藏布江流域不同宽谷段的气候特征
Table 1摇 Climatic characteristics of different wide valley section in the Yarlung Zangbo River Basin
地段
Valley section
站点
Name
海拔 / m
Elevation
建站时间
Year
年降水量 / mm
Precipitation
平均气温 Temperature / 益
日平均 日最高 日最低
平均风速 / (m / s)
Wind speed
马泉河宽谷 普兰 3 890 1973 152.33 3.49 11.05 -2.86 3.46
改则 4 415 1973 172.20 0.16 8.37 -8.35 3.85
狮泉河 4 278 1961 70.35 0.77 8.38 -7.05 2.81
日喀则宽谷 日喀则 3 836 1955 434.25 6.54 14.90 -1.13 1.64
江孜 4 040 1956 290.69 5.00 13.65 -2.67 2.46
山南宽谷 拉萨 3 649 1955 442.46 7.94 15.72 1.46 1.91
泽当 3 552 1956 397.35 8.70 16.51 1.98 2.67
米林宽谷 林芝 2 950 1954 676.70 8.79 16.12 3.83 1.75
2摇 材料与方法
2.1摇 NDVI数据与处理方法
摇 摇 本研究所使用的植被 NDVI数据包括 1982—1998年的 Pathfinder AVHRR NDVI数据集和 1999—2010年
1377摇 24期 摇 摇 摇 李海东摇 等:雅鲁藏布江流域 NDVI变化与风沙化土地演变的耦合关系 摇
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的 SPOT VEGETATION NDVI数据集。 其中,Pathfinder AVHRR NDVI数据集是基于 8km的从 1981 年 7 月至
2001年 12月的每 10d合成的 4个波段的光谱反射率 (由于 NOAA鄄13发射失败,没有使用 Pathfinder AVHRR
NDVI 1994的数据);SPOT VEGETATION NDVI 数据集是基于 1km 的从 1998 年 4 月 1 日至 2010 年 12 月每
10d合成的 4个波段的光谱反射率及 10d最大化 NDVI数据集。
采用几何校正、大气校正、辐射校正等方法对上述数据进行预处理,采用最大合成法减少云、大气、太阳高
度角等的影响[16]。 由于卫星几何视场角、大气中的灰霾、云以及数据合成过程对 NDVI 的影响,因此不同数
据集中的 NDVI 数据仍然有偏差[17],本研究中使用 Chen 等[18]提出的三点平滑方法修正 NDVI 数据,并且运
用 ENVI软件求取 1982—2010年(不含 1994)的 NDVI的年平均值和植被生长季(7—9月)的平均值,用此值
来表征雅鲁藏布江流域植被覆盖的年变化和植被生长季变化状况。 运用 Mann鄄Kendall 非参数检验法进行
NDVI年变化的显著性检验,其中,统计变量 Z大于 0时,表示某个 NDVI呈上升趋势;Z小于 0时,则是下降趋
势。 Z的绝对值逸1.28、1.64和 2.32时,分别表示通过了置信度 90%、95%和 99%的显著性检验。
2.2摇 风沙化土地类型划分与遥感监测
根据文献[13鄄14]进行风沙化土地类型划分和遥感解译标志建立,其类型主要包括由风积活动引起的流动
沙地、半固定沙地和固定沙地,以及由风蚀活动引起的裸露砂砾地和半裸露砂砾地。 采用的遥感数据主要有
1975、1990、2000和 2008年 TM / ETM+ / MSS遥感影像,时相基本在秋冬季节。 1975 年 MSS 数据空间分辨率
为 60m,1990、2000和 2008年的 TM / ETM+数据空间分辨率均为 30m。 笔者于 2008、2009 和 2010 年,在雅鲁
藏布江流域进行了大量野外实地调查,观察、记录和复核了不同类型沙地的位置、分布特征以及沙地表面的色
泽、纹理等特征,对比不同数据源的遥感影像数据,建立和校正了风沙化土地遥感解译标志。
采用 ERDAS IMAGE 9.3软件和 ENVI 4.2软件对图像进行预处理,包括几何校正、辐射校正和大气校正。
其中,像元重采样采用最近邻点法或双线性插值法,影像的几何纠正误差一般不超过 1—2个像元,以消除不
同时期遥感数据空间分辨率大小不一致带来的影响,达到动态分析的要求。 通过遥感数据 432 波段 RGB 假
彩色合成、直方图匹配,使 4期影像的色调基本保持一致,能够较好地反映不同地类的差别等。 根据风沙化土
地遥感解译标志,采用人机交互目视解译方法进行不同类型的风沙化土地的遥感解译,雅鲁藏布江流域风沙
化土地现状与空间分布见表 2。
表 2摇 2008年雅鲁藏布江流域风沙化土地现状与分布
Table 2摇 Status and distribution of different aeolian sandy land types in the Yarlung Zangbo River Basin in 2008
地段
Valley section
风沙化土地面积 Aeolian sandy land areas / hm2
流动沙地 半固定沙地 固定沙地 半裸露砂砾地 裸露砂砾地
合计
Total / hm2
马泉河宽谷 12 925.72 38 669.29 49 581.47 16 293.38 20 153.08 137 622.94
日喀则宽谷 9 570.33 22 283.31 20 844.33 7 364.75 9 798.44 69 861.15
山南宽谷 8 029.43 16 306.12 14 925.08 5 876.70 7 172.75 52 310.08
米林宽谷 3 093.01 3 551.86 6 437.58 508.51 312.40 13 903.37
合计 Total 33 618.49 80 810.58 91 788.46 30 043.34 37 436.67 273 697.54
基于遥感监测获取的雅鲁藏布江流域 1975、1990、2000和 2008年 4期风沙化土地数据,计算不同时期风
沙化土地变化的动态度,公式为:
WD =
Ub - Ua
Ua
伊 1
t
伊 100%
式中,WD为风沙化土地变化动态度,Ua为起始年风沙化土地面积,Ub为终结年风沙化土地面积,t为测算间隔
年限。 根据上述公式,可计算得到 1975—1989年,1990—1999 年和 2000—2008 年 3 个时期风沙化土地变化
的动态度,进而获得 1975—2008年风沙化土地面积逐年面积数值。
2.3摇 灰色关联分析
以灰色系统两要素历史数据序列之间的关联度,来表征 NDVI分别与风沙化土地、气候变化因子(年降水
2377 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33卷摇
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量和平均气温)两要素之间的密切程度。 关联度的计算式如下:
Rom =
1
N移
1
t = 1
Rom( t)
式中,Rom为母序列 o与子序列 m的关联度;N为数据序列的长度,即数据个数; Rom( t) 为母序列 o与子序列 m
在时刻 t的关联系数,其计算公式如下:
Rom( t) =
驻min + 籽驻max
驻om( t) + 籽驻max
式中, 驻min 、 驻max分别为各个时刻两序列绝对差中的最小值和最大值; 驻om( t) 为 t时刻两序列的绝对差;r为分
辨系数, 籽 沂 (0,1) ,一般取 0.1—0.5,通常取 0.5。
鉴于雅鲁藏布江流域 NDVI数据集的时间段为 1982—2010年,风沙化土地数据时间段为 1975—2008年,
气象数据为 1957—2007 年,为充分利用已有数据资源和计算的科学性,本研究选择 1982—2007 年作为分析
NDVI与风沙化土地、年降水量和平均气温之间关联度的统一时间尺度,对所选取的上述原始数据进行标准
化处理,通过计算相关标准化数据,分别开展 1982—2007年流域 NDVI 年变化(1—12 月)、植被生长季(7—9
月)变化与风沙化土地、年降水量和平均气温之间的灰色关联度研究。
3摇 结果与分析
3.1摇 流域 NDVI的动态变化
由图 2可见,雅鲁藏布江流域 1982—2010年 NDVI的年际变化总体上呈波动式增长的趋势,但增加趋势
不显著,未通过 90%的显著性检验(Mann鄄kendall检验 Z 值为 0.435)。 在 2009 年流域 NDVI 达到最高值,均
为 0.161,高于 NDVI的多年均值 0.145,其次是 1990和 1998年 NDVI较高,分别为 0.159 和 0.156;在 1982 年
流域 NDVI最小,1983年和 1987年次之。 流域 NDIV 有 3 个快速增长期,分别为 1982—1990 年,1996—1998
年和 2000—1010年,其中 1982—1990年增长最快。
由图 2可见,流域 1982—2010年 NDVI月均值的变化自 1—12月随着月份的增大,NDVI呈现先减小后增
大、再减小的趋势。 NDVI峰值出现在 8月份,其次为 9月份,分别为 0.213和 0.212;NDVI 最小值出现在 4 月
份,3月份次之,分别为 0.077和 0.078。 就不同宽谷 NDVI的变化而言,下游的米林宽谷 NDVI月均值最大,中
部流域的山南宽谷和日喀则宽谷次之,江源区的马泉河宽谷最小,流域内 NDVI 呈现由下游至中上游逐渐降
低的趋势;同时,NDVI峰值也由米林宽谷和山南宽谷的 8 月份,过渡到日喀则宽谷和马泉河宽谷的 9 月份;
NDVI最小值由米林宽谷的 3月份,过渡到山南宽谷和日喀则宽谷的 4月份,而马泉河宽 NDVI 最小值则出现
在 2月份。 由此可见,雅鲁藏布江流域植被生长季的起始时间自下游至中上游随海拔的增高,呈现不断延迟、
生长期不断缩短的趋势。
3.2摇 流域风沙化土地的演变趋势
雅鲁藏布江流域 2008年共有风沙化土地 273697.54hm2(表 2)。 其中,风积沙地以固定沙地面积最大,为
91788.46hm2,其次是半固定沙地 80810.58hm2,流动沙地面积较小,为 33618.49hm2;风蚀沙地的裸露砂砾地面
积为 37436.67hm2,半裸露砂砾地面积为 30043.3hm2。 从空间分布特征来看,流域内风沙化土地呈现由江源
区向中下游递减的趋势,以马泉河宽谷最大,占风沙化土地总面积的 50.28%,其它依次为日喀则宽谷、山南宽
谷和米林宽谷,分别占 25.52%、19.11%和 5.08%。
由表 3可见,1975—2008年流域风沙化土地呈缓慢增长趋势。 1975年风沙化土地面积为 247697.24hm2,
1990年为 255754. 61hm2,2000 年为 269599. 78hm2,2008 年扩展至 273697. 54hm2,1975—2008 年共增长了
10郾 5%,年均增长率为 764.71hm2 / a。 其中,1975—1989 年面积增加 8057.38hm2,年均增长率为 537.16hm2 / a;
1990—1999年面积增加 13845.17hm2,年均增长率为 1384.52hm2 / a;2000—2008 年面积增加 4097郾 76hm2,年
均增长率为 455.31hm2 / a。 可以看出,1990—1999 年流域风沙化土地增长最快,增长率明显高于 1975—1989
年、2000—2008年和 2000—2008年。 近 34年来,各宽谷段的风沙化土地面积均有所增加,以马泉河宽谷增加
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图 2摇 雅鲁藏布江流域 1982—2010年 NDVI的动态变化
Fig.2摇 Variations of the annual and monthly mean NDVI in the Yarlung Zangbo River Basin from 1982 to 2010
幅度最大(达 11880.23hm2),日喀则宽谷和山南宽谷次之(分别为 8378.70hm2和 3162郾 12hm2),米林宽谷最小
(2579.24hm2)。
表 3摇 1975—2008年雅鲁藏布江流域不同类型风沙化土地的动态变化
Table 3摇 Variations of aeolian sandy land types in the Yarlung Zangbo River Basin during 1975—2008
年份
Year
风沙化土地面积 Aeolian sandy land areas / hm2
流动沙地 半固定沙地 固定沙地 半裸露砂砾地 裸露砂砾地
合计
Total / hm2
1975 29 214.00 73 493.21 83 362.27 28 382.21 33 245.55 247 697.24
1990 31 146.64 75 776.79 85 685.53 29 160.56 33 985.10 255 754.62
2000 32 900.77 79 610.78 91 324.71 30 002.07 35 761.46 269 599.78
2008 33 618.48 80 810.58 91 788.45 30 043.34 37 436.68 273 697.54
3.3摇 流域 NDVI变化与风沙化土地演变的关联性分析
由表 4可见,1982—2007年雅鲁藏布江流域 NDVI变化的母序列分别与其对应的 3 个子序列(风沙化土
地、年降水量和平均气温)的关联序在不同宽谷段呈现较大的差异性。
表 4摇 雅鲁藏布江流域 NDVI与风沙化土地、气候因子(年降水量和平均气温)的关联度
Table 4摇 The correlation degree between NDVI and aeolian sandy land, climate factors (annual precipitation, mean temperature), respectively
地段
Valley section
风沙化土地 x1
Aeolian sandy land
气候因子 Climatic factors
年降水量 x2 平均气温 x3
马泉河宽谷 0.567 / 0.604 0.538 / 0.687 0.624 / 0.689
日喀则宽谷 0.562 / 0.594 0.622 / 0.673 0.600 / 0.623
山南宽谷 0.600 / 0.549 0.642 / 0.603 0.629 / 0.599
米林宽谷 0.658 / 0.571 0.571 / 0.701 0.646 / 0.653
摇 摇 “ / 冶符号前表示 1—12月份母序列与子序列两者之间的关联度,“ / 冶符号后表示 7—9月份母序列与子序列两者之间的关联度
总体上来说,江源区的马泉河宽谷 NDVI 的年变化(1—12 月)和植被生长季(7—9 月)变化均表现为受
平均气温的影响最大,所不同的是,NDVI年变化受风沙化土地扩展的影响较大、生长季变化受年降水量的影
响较大;中部流域的日喀则宽谷和山南宽谷 NDVI 年变化和植被生长季变化均表现为受年降水量的影响最
大,平均气温的影响次之,风沙化土地扩展的影响最小;下游的米林宽谷 NDVI年变化和植被生长季的变化差
异较大,NDVI的年变化受风沙化土地扩展的影响最大,平均气温的影响次之,而植被生长季的变化受年降水
量的影响最大,平均气温的影响次之。
就植被生长季 NDVI的变化而言,马泉河宽谷主要受平均气温和年降水量的影响,日喀则宽谷和山南宽
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谷主要受年降水量和平均气温的影响,米林宽谷主要受年降水量的影响。
4摇 讨论
青藏高原由于其特殊的地形以及热力动力作用,形成了从热带到寒带、从湿润到干旱等多种气候条件与
植被类型[19],一直是气候变化与植被演替研究的热点区域[20鄄22]。 雅鲁藏布江流域横贯青藏高原南部,海拔从
150—7000多 m,植被类型和气候条件复杂多样,是研究青藏高原植被生态与气候变化响应的典型代表性区
域。 相关研究表明,气候变化是引发区域植被变化最主要的原因,NDVI 作为植物生长状态和植被空间分布
的指示因子,在一定程度上代表地表植被覆盖情况[23鄄24]。 雅鲁藏布江流域 1982—2010 年 NDVI 的年际变化
总体上呈波动式增长的趋势(图 2),与杨元合等[21]、付新峰等[24]和向波等[25]研究指出的青藏高原大部分地
区的植被指数呈不同程度的上升趋势相一致。
雅鲁藏布江流域 NDVI的空间分布及其动态变化受气候条件和植被类型影响很大。 就气候条件而言,江
源区的马泉河宽谷年降水量和平均气温最低(分别为 131.63mm和 1.47益),下游的米林宽谷年降水量和平均
气温最高(分别为 676.70mm和 8.79益),中部流域的山南宽谷和日喀则宽谷年降水量和平均气温介于前两者
之间(表 1),流域年降水量和平均气温呈现自下游向中上游逐渐降低的趋势[26]。 结合流域 NDVI呈现由下游
至中上游逐渐降低的趋势(图 2)、以及风沙化土地总体上呈自下游向中上游逐渐增加的趋势(表 2),可以看
出,流域内 NDVI的空间变化趋势总体上与年降水量和平均气温相似,但与风沙化土地的变化趋势相反。 流
域中上游(马泉河宽谷、日喀则宽谷和山南宽谷)属半干旱干旱气候,其 NDVI 年变化主要受平均气温和年降
水量的影响(表 4),与 Nicholson等[27鄄29]指出的 NDVI与年降水量、平均气温具有较好的相关性的结论结果相
一致。
就植被类型而言,马泉河宽谷的地带性植被基本为高山草原、高山草甸、高山灌丛和高山沼泽草甸等类
型[30],且以高寒草原和草甸生态系统为主,日喀则宽谷和山南宽谷的植被基本上属于同一植被型,即山地灌
丛草原[31]和人工林[13鄄14],米林宽谷植被基本为高山森林。 流域内不同宽谷 1982—2010 年 NDVI 的多年平均
值统计表明(图 3),以森林植被为主的米林宽谷 NDVI最大(0.219),其它依次为山地灌丛草原和人工林为主
的山南宽谷 (0. 174)和日喀则宽谷 (0. 114),最小的为以高寒草原和草甸生态系统为主的马泉河宽谷
(0郾 072)。 不同宽谷 1982—2010年 NDVI年际变化趋势与流域 NDVI 年际变化相似(图 3),亦表现为总体上
呈波动式增长的趋势但不显著(Mann鄄kendall检验 Z值分别为 0.654,0.470,0.708和 0.638,均小于 1.28)。 其
中,马泉河宽谷、日喀则宽谷和山南宽谷的 NDVI 年际变化波动较大,1988—1993 年 NDVI 植被状况较好;米
林宽谷 NDVI年际变化波动较小,总体上表现为稳定增长状态。
气候变化和人类活动是当今土地沙漠化过程的两大驱动力[2, 32鄄33],两者均可引起或加剧植被退化和土地
沙漠化,并可反过来对区域气候造成一定的影响[34鄄35]。 许多学者认为西藏高原土地沙漠化的发生发展是在
干旱多风的气候条件下,以缓慢的自然沙漠化过程为基础,现代人类不合理的生产、生活方式加速与加剧了这
一过程[11, 36]。 研究结果表明,1982—2010年雅鲁藏布江流域 NDVI 总体上呈不断增长的趋势,同时,1975—
2008年风沙化土地变化亦呈现缓慢增长的趋势。 这表明,近年来流域内开展的大规模人工植树造林和草地
围栏封育等生态保护与建设工作,使得流域内植被状况不断好转;但是,植被状况的好转并未能有效地遏制土
地沙漠化的扩展,这可能与青藏高原生境胁迫条件下新营造的次生人工林和原生高寒植被生态系统的防风固
沙功能较弱有关。 加之,全球变暖和不合理的人为活动影响,流域内风沙化土地仍呈不断扩展的趋势。
5摇 结论
(1)雅鲁藏布江流域 1982—2010年 NDVI的年际变化总体上呈波动式增长的趋势,1982—1990年增长最
快。 流域 NDVI峰值出现在 8月份,其次为 9月份;NDVI最小值出现在 4月份,3 月份次之。 流域 NDVI 呈现
由下游至中上游逐渐降低的趋势,以米林宽谷 NDVI 最大,马泉河宽谷最小。 雅鲁藏布江流域植被生长季的
起始时间自下游至中上游随海拔的增高,呈现不断延迟、生长期不断缩短的趋势。
(2)雅鲁藏布江流域 2008年共有风沙化土地 273 697.54hm2,呈现由江源区的马泉河宽谷向中下游的日
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图 3摇 雅鲁藏布江流域不同宽谷段 1982—2010年 NDVI的动态变化
Fig.3摇 Variations of the annual mean NDVI in different wide valley of the Yarlung Zangbo River Basin from 1982 to 2010
喀则宽谷、山南宽谷和米林宽谷递减的趋势。 1975—2008年流域风沙化土地呈缓慢增长趋势,以 1990—1999
年增长最快。 就风沙化土地扩展对 NDVI年变化的影响而言,自下游至江源区 NDVI 与风沙化土地变化的关
联度呈不断减弱趋势。 流域风沙化土地扩展对 NDVI的影响主要表现为每年 10 月—翌年 6 月的非植被生长
季节。
(3)雅鲁藏布流域 NDVI植被生长季变化主要受平均气温和年降水量的影响。 江源区 NDVI 年变化和植
被生长季变化受平均气温的影响最大,中部流域受年降水量的影响最大;下游 NDVI 年变化受风沙化土地扩
展的影响最大,而 NDVI植被生长季变化受年降水量的影响最大。 总体来讲,流域内不同宽谷段的气候条件
和植被类型对 NDVI的空间分布及其动态变化影响较大。
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8377 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33卷摇
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叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
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学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
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