新疆和田河中游和—墨—洛綠洲時(shí)空變化特征研究

張展赫　來風(fēng)兵　陳蜀江

摘要 通過對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，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，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：S181.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 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，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級即可起沙。年可兩熟，并適宜種植中熟陸地棉、早熟長絨棉經(jīng)濟(jì)作物，核桃、無花果等喜溫果木。

2 數(shù)據(jù)來源與處理

2.1 數(shù)據(jù)來源 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（美國地質(zhì)勘探局，United States Geological Survey）。氣溫、降水資料來自中國氣象科學(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。

綠洲邊界會因?yàn)槿藶榛顒踊蜃匀画h(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。考慮到綠洲外圍會有林木，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），以耕地面積來提取綠洲。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理。

利用ERDAS9.2軟件，分別對四期影像進(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]，對提取植被有明顯的優(yōu)勢。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分別為波段對應(yīng)波長。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，TGDVI沙地、TGDVI水體、TGDVI居民地均<0，TGDVI耕地>0。

選用和田氣象觀測臺數(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。

3 結(jié)果與分析

3.1 綠洲動態(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，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年開始，氣溫增長幅度陡然增加。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，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，綠洲面積顯著增大，持續(xù)到90年代，而后緩慢增長。

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分布。總體來看，綠洲向西南與和田河下游擴(kuò)張。

近40年來，氣溫上升，促進(jìn)了綠洲的發(fā)展，而天然降水并沒有對綠洲發(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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