近30 a雅魯藏布江流域高寒濕地動態(tài)變化及其對氣候變化的響應(yīng)

劉　冬，王　濤，沈渭壽，林乃峰，鄒長新①

(1.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京　210042；2.南京信息工程大學(xué)地理與遙感學(xué)院，江蘇 南京　210044)

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近30 a雅魯藏布江流域高寒濕地動態(tài)變化及其對氣候變化的響應(yīng)

劉冬1，王濤2，沈渭壽1，林乃峰1，鄒長新1①

(1.環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇 南京210042；2.南京信息工程大學(xué)地理與遙感學(xué)院，江蘇 南京210044)

摘要：利用1980、1990、2000和2010年4期Landsat、環(huán)境一號衛(wèi)星遙感影像提取雅魯藏布江(以下簡稱“雅江”)流域濕地面積動態(tài)變化信息,并結(jié)合實(shí)地調(diào)查和近30 a氣象、水文、積雪數(shù)據(jù)研究濕地動態(tài)變化對氣候變化的響應(yīng)特征。結(jié)果表明，2010年雅江流域高寒濕地面積占流域總面積的3.73%,其中以沼澤濕地面積最大(59.46%),其次為河流(30.19%)、湖泊(10.13%)和人工濕地(0.23%);近30 a間雅江流域湖泊濕地和河流濕地面積總體上呈增加趨勢,而沼澤濕地面積呈降低趨勢;近30 a來雅江流域年均溫、年均最高溫和年均最低溫均呈顯著增加趨勢,降水量波動較大,呈輕微增加趨勢但不顯著,平均相對濕度呈不顯著下降趨勢。年均氣溫和年均最高氣溫這2個(gè)因素與雅江流域湖泊面積變化相關(guān)性顯著,河流濕地面積、雅江5大支流干流河長的增長分別與年均溫、年均最高溫、年均最低溫相關(guān)性顯著,沼澤濕地面積與該區(qū)域氣溫以及平均相對濕度相關(guān)性顯著,開發(fā)大壩、水庫等國家建設(shè)戰(zhàn)略是雅江流域人工濕地面積增加的主要驅(qū)動力。

關(guān)鍵詞：高寒濕地；雅魯藏布江；氣候；響應(yīng)

氣候變化能夠顯著影響濕地的各種生態(tài)過程和濕地生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)力,是控制濕地動態(tài)變化的動因[1]。作為全球海拔最高的一個(gè)獨(dú)特地域單元,青藏高原是我國高原濕地的最主要分布區(qū),區(qū)域內(nèi)的濕地不僅是中國長江、黃河和瀾滄江等大江大河的發(fā)源地,還是眾多珍稀物種的棲息地和候鳥遷徙地,具有生態(tài)蓄水、水源涵養(yǎng)和氣候調(diào)節(jié)等重要的生態(tài)功能[2-3]。目前,國內(nèi)針對高寒濕地的研究還相對較少,對青藏高原高寒濕地區(qū)域尺度的研究主要集中于若爾蓋高原濕地[4-5]、拉薩拉魯濕地及拉薩河流域濕地[6]、黃河與長江等三江源源區(qū)濕地[7]以及藏北典型湖泊[8]。在已有的相關(guān)研究中,對高寒濕地定義的理解也不盡相同,對濕地類型的劃分也因研究尺度及研究區(qū)域的不同而出現(xiàn)差異。關(guān)于西藏高原上大面積分布的濕地生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應(yīng)機(jī)制問題,目前尚沒有野外實(shí)驗(yàn)和遙感等直接數(shù)據(jù)能夠給出確切答案。

考慮到氣候變化對西藏高原生態(tài)系統(tǒng)的影響和西藏高原生態(tài)環(huán)境的脆弱性、戰(zhàn)略性,選擇雅魯藏布江(以下簡稱“雅江”)濕地為研究對象,通過大量野外實(shí)地調(diào)查,以1980、1990、2000和2010年4期遙感影像為數(shù)據(jù)源,采用人機(jī)目視解譯方法提取雅江流域濕地的類型數(shù)據(jù),對其空間分布及近30 a的演變趨勢進(jìn)行分析。雅江是西藏最大的河流,是西藏的主要淡水來源和水汽通道[9],雅江上中游人口稀少,研究湖泊、河流和沼澤等水系的面積變化趨勢能夠很好地反映氣候變化對高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)的影響,深入認(rèn)識青藏高原的濕地動態(tài)變化特征以及對全球氣候變化的響應(yīng)關(guān)系。同時(shí)雅江流域下游還跨越溫帶和亞熱帶濕潤氣候區(qū),下游河谷地區(qū)是西藏自治區(qū)最重要的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展區(qū)域[10],分析雅江全流域各種類型濕地的分布及動態(tài)變化對于西藏當(dāng)?shù)鼐用竦乃垂┙o和生存環(huán)境十分必要。

1研究區(qū)概況

雅江是一條重要的國際河流,發(fā)源于西藏高原西南部、喜馬拉雅山脈北麓海拔5 200 m的杰馬央宗冰川,流域平均海拔超過4 000 m,是世界上海拔最高的大河[11]。雅江是雅江流域橫跨西藏的拉薩、日喀則、山南地區(qū)的大部分和阿里、那曲、昌都地區(qū)的一小部分,涉及西藏41個(gè)縣(市)。雅江流域地勢西高東低,海拔垂直差異大。根據(jù)水文特點(diǎn)及河谷地貌特征,以昂仁與拉孜縣界、桑日與加查縣界為分界點(diǎn),將雅江流域劃分為上游區(qū)、中游區(qū)和下游區(qū)3個(gè)生態(tài)分區(qū),其中雅江上游地區(qū)平均海拔4 600 m以上,以高山谷地地貌為主,屬高原亞寒帶半干旱氣候區(qū)[10];雅江中游地區(qū)在地貌上屬于藏南谷地,主要為溫暖半干旱氣候[12]; 雅江下游地區(qū)屬高原溫帶濕潤、半濕潤氣候區(qū)和山地亞熱帶濕潤氣候區(qū),氣候溫暖濕潤,是生物物種分化變異、生物區(qū)系最豐富的地方[13]。

2材料與方法

2.1數(shù)據(jù)源

高寒濕地的解譯選用了4期遙感影像數(shù)據(jù):1980年的美國陸地衛(wèi)星Landsat MSS影像21景,1990年美國陸地衛(wèi)星Landsat TM影像21景,2000年美國陸地衛(wèi)星Landsat ETM+影像21景,2010年環(huán)境一號衛(wèi)星CCD影像6景,影像采集時(shí)間為2011年6月。1980年的MSS數(shù)據(jù)分辨率為78 m,1990、2000和2010年的TM/ETM+/環(huán)境一號衛(wèi)星數(shù)據(jù)分辨率為30 m。

雪深數(shù)據(jù)來自1979—2010年被動微波遙感SSM/I逐日雪深資料,下載于寒區(qū)旱區(qū)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http:∥westdc.westgis.ac.cn/),空間分辨率為25 km。

氣象數(shù)據(jù)是從國家氣象部門獲取的1980—2010年雅江流域地區(qū)8個(gè)氣象站(江孜、日喀則、澤當(dāng)、拉薩、林芝、波密、當(dāng)雄和嘉黎)逐日氣象實(shí)際觀測資料,包括平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、平均相對濕度和年均蒸發(fā)量,其中年均蒸發(fā)量數(shù)據(jù)截至2005年。

以奴各沙、羊村和奴下作為代表雅江流域上、中、下游地區(qū)的水文站,這3個(gè)水文站數(shù)據(jù)資料較詳實(shí),基本能夠反映全流域的徑流狀況。采用這3個(gè)水文站1980—2010年實(shí)測逐月天然徑流量系列資料探討雅江各流域段年徑流量變化的基本特征。數(shù)據(jù)由西藏自治區(qū)水文局提供。

研究采用的其他數(shù)據(jù)包括西藏30 m分辨率的DEM高程數(shù)據(jù)、西藏2000年1∶10萬土地利用類型圖和1∶100萬青藏高原植被類型圖等。

2.2研究方法

2.2.1濕地分類

參考《關(guān)于特別是作為水禽棲息地的國際重要濕地公約(Ramsar公約)》，將雅魯藏布江流域濕地分為河流濕地、湖泊濕地、沼澤濕地和人工濕地4類(表1)。

2.2.2濕地信息提取

遙感圖像預(yù)處理主要包括幾何校正、鑲嵌裁剪、最佳波段組合選擇和圖像增強(qiáng)。利用EARDAS軟件對影像進(jìn)行預(yù)處理,采用最小二乘法分別對1980、1990、2000和2010年遙感影像進(jìn)行幾何精校正,像元重采樣采用最鄰近法或者雙線性差值法,從而消除不同遙感影像空間分辨率不同所造成的影響,使遙感影像幾何精校正誤差不超過1～2個(gè)像元。

表1雅魯藏布江流域高寒濕地分類

Table 1Types of the alpine wetlands in the Yarlung Zangbo River Valley

分類系統(tǒng)一級二級三級類型特征解譯標(biāo)志天然濕地河流濕地河流永久性或暫時(shí)性的河流及其支流,以及河流泛濫淹沒的兩岸地勢平坦地區(qū),包括河灘及泛濫河谷采用432波段合成,河道呈黑色或藍(lán)褐色,紋理清晰,呈狹長彎曲線狀分布,河流兩旁的河灘濕地沿河道兩側(cè)呈不規(guī)則形狀分布,有較清晰邊界湖泊濕地湖泊面積大于1km2,常年或季節(jié)性積水的湖泊采用432波段合成,湖泊呈深藍(lán)色,顏色細(xì)膩,表面光滑,水陸界線清楚,色調(diào)均勻沼澤濕地苔草沼澤濕地草丘和水坑相間分布,地表長期處于積水狀態(tài),植物生長密集,平均蓋度在90%左右,以青藏苔草為優(yōu)勢種TM/ETM影像采用753波段合成,MSS/環(huán)境衛(wèi)星影像采用431波段合成,呈綠色或灰綠色不規(guī)則斑塊狀圖案,多可見密密麻麻的小面積水體點(diǎn)綴分布嵩草沼澤濕地草丘和水坑相間分布,地表長期處于積水狀態(tài),植物生長密集,平均蓋度在90%左右,以藏北嵩草為優(yōu)勢種TM/ETM影像采用753波段合成,MSS/環(huán)境衛(wèi)星影像采用431波段合成,呈暗灰綠色不規(guī)則斑塊狀圖案,紋理較粗糙人工濕地水庫水庫能攔水、蓄水,人類開發(fā)建造并供人類利用的水域采用432波段合成,棱角分明、形狀規(guī)則的幾何形邊界的較小面積水域稻田稻田人類開發(fā)種植水稻的區(qū)域采用753波段合成,呈亮綠色,小且成片分布在河流或河灘周圍的農(nóng)田區(qū)域

研究組通過大量野外實(shí)地調(diào)查,根據(jù)雅江流域各類型濕地景觀的光譜和幾何特征,借助 1∶10萬西藏土地利用類型圖、1∶100萬青藏高原植被類型圖和30 m分辨率的青藏高原DEM高程圖,建立雅江流域濕地分類解譯標(biāo)志(表1),在EARDAS軟件的支持下對遙感影像進(jìn)行人機(jī)交互目視解譯。在濕地信息提取中,河流寬度不小于2個(gè)像素(60～120 m),湖泊面積不小于3×3個(gè)像素(0.09～0.36 km2)。在解譯1980、1990和2010年濕地?cái)?shù)據(jù)時(shí)以2000年的解譯結(jié)果作為參考,在解譯時(shí)進(jìn)行對比及檢查。

2.2.3濕地空間動態(tài)格局變化分析

采用變化動態(tài)度作為確定濕地不同類型不同時(shí)期變化幅度的分析指標(biāo),其計(jì)算公式為

(1)

式(1)中,D為濕地變化動態(tài)度,%;Ua為起始年濕地面積,km2;Ub為終結(jié)年濕地面積,km2;t為間隔時(shí)間,a。

2.2.4氣候分析

采用氣候傾向率法,以氣候要素為因變量,時(shí)間為自變量,建立2個(gè)變量之間的一元回歸(或N階曲線模擬)的趨勢方程,計(jì)算模擬序列與原序列的相關(guān)系數(shù)及傾向變化率等,并比較各參量的變化特征,對不同流域段氣溫、降水量、濕度和蒸發(fā)量等的變化趨勢進(jìn)行對比分析;計(jì)算各年份氣溫、降水量、濕度和蒸發(fā)量等氣象因子值與研究時(shí)段各因子平均值的差值,作為代表各因子的距平,研究雅江流域氣候的歷史演變規(guī)律和年代際變化特點(diǎn)。

2.2.5雪深數(shù)據(jù)提取及分析

利用ArcGIS 9.3軟件將被動微波SSM/I反演的雪深數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為Albers投影,通過柵格運(yùn)算獲取月尺度平均雪深數(shù)據(jù),然后基于雅江流域區(qū)劃對月尺度雪深數(shù)據(jù)進(jìn)行裁切,提取雅江流域的雪深信息。采用平均值法統(tǒng)計(jì)雅江流域內(nèi)所有像元的逐年雪深數(shù)據(jù),得到雅江流域地區(qū)雪深年際序列。采用一元線性回歸分析其變化趨勢,建立雪深(y)與時(shí)間序列(年份x)的一元線性回歸方程。

2.2.6灰色關(guān)聯(lián)度分析

以灰色系統(tǒng)2要素歷史數(shù)據(jù)序列之間的關(guān)聯(lián)度來表征高寒濕地面積動態(tài)與氣候變化之間的密切程度。關(guān)聯(lián)度的計(jì)算公式為

(2)

(3)

式(2)～(3)中,Rom為子序列m與母序列o的關(guān)聯(lián)度;N為數(shù)據(jù)序列長度,即數(shù)據(jù)個(gè)數(shù);Rom(t)為子序列m與母序列o在t時(shí)刻的關(guān)聯(lián)系數(shù);Δmin和Δmax分別為各時(shí)刻2個(gè)序列絕對差中的最小值和最大值;Δom(t)為t時(shí)刻2個(gè)序列的絕對差;ρ為分辨系數(shù),ρ∈(0,1),一般取0.1～0.5。

采用灰度關(guān)聯(lián)分析時(shí),對資料做如下處理:首先根據(jù)前文4個(gè)時(shí)期濕地面積變化動態(tài)度求逐年濕地面積;其次,對所選取的氣候因子和濕地面積原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理;該研究中分辨系數(shù)取值0.5,對標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析,得到濕地面積變化與各驅(qū)動因子的灰色關(guān)聯(lián)度。

3結(jié)果與分析

3.1雅江濕地分類及動態(tài)特征

由表2可知,2010年雅江流域濕地總面積為9 033.53 km2,占流域總面積的3.73%。其中,沼澤濕地面積最大,占濕地總面積的59.46%;其次是河流濕地,占濕地總面積的30.19%;湖泊濕地面積為915.46 km2,占流域內(nèi)濕地總面積的10.13%;流域內(nèi)人工濕地分布較少,僅占濕地總面積的0.23%。

從1980—2010年4個(gè)研究時(shí)期雅江流域不同濕地類型的面積動態(tài)特征(表2)可知,1980、1990、2000和2010年濕地總面積分別為8 331.18、8 504.04、8 404.28和9 033.53 km2,濕地面積總體呈上升趨勢。雅江流域是青藏高原典型高寒沼澤濕地的主要分布區(qū),但過去30 a間沼澤濕地面積一直呈降低趨勢,總共減少81.74 km2。

2010年雅魯藏布江流域濕地空間分布見圖1。雅江流域上游地區(qū)濕地總面積為6 195.39 km2,占全流域濕地總面積的68.58%。其中河流、湖泊和沼澤這3類濕地占該區(qū)域濕地總面積的90%以上,是上游分布最廣的濕地類型。中游地區(qū)濕地面積占全流域濕地總面積的17.0%,河流和沼澤濕地分別占60.53%和37.35%。下游地區(qū)是流域內(nèi)濕地面積最少的區(qū)域,其中沼澤和河流濕地分別占45.76%和38.53%;水稻田人工濕地僅在下游地區(qū)的墨脫和察隅縣境內(nèi)有零星分布,面積為14.67 km2。

表21980—2010年雅魯藏布江流域濕地面積變化

Table 2Dynamic change in the area of wetlands in the Yarlung Zangbo River Valley during 1980-2010

年份濕地面積/km2動態(tài)變化度/%河流湖泊沼澤人工濕地河流湖泊沼澤人工濕地19802188.97681.855452.677.6919902361.90709.325422.5010.310.790.40-0.063.4120002334.79660.775393.4515.26-0.11-0.68-0.054.8120102726.81915.465370.9420.331.683.85-0.043.32

圖1　2010年雅魯藏布江流域濕地空間分布

1980—2010年雅江流域各時(shí)段湖泊數(shù)量變化見表3。湖泊濕地在近30 a總體呈不斷增加趨勢,總增幅為34.36%。1980—1990年湖泊濕地面積從681.85增加到709.32 km2,變化動態(tài)度為0.40%,面積大于1 km2的湖泊數(shù)從167增長到172個(gè);1990—2000年湖泊濕地面積出現(xiàn)下降,變化動態(tài)度為-0.68%,湖泊數(shù)從172降低到162個(gè),減少的12個(gè)湖泊都是面積小于10 km2的小型湖泊;2000—2010年湖泊濕地面積重新出現(xiàn)大幅度的增長趨勢,變化動態(tài)度為3.85%,湖泊數(shù)從162增加到199個(gè)(表3)。

河流濕地面積在近30 a間總體呈增長趨勢,總面積增加537.84 km2,增幅為24.57 %。但1990—2000年河流面積出現(xiàn)階段性小幅萎縮,面積減少27.11 km2。2000年以后,河流面積又恢復(fù)增長趨勢,2000—2010年增加392.02 km2。由圖2可見,雅江流域內(nèi)5個(gè)最大支流的河長在近30 a間也出現(xiàn)不斷增加趨勢,拉薩河干流1980年河長為333.17 km,到2010年增長29.69%;尼洋河、年楚河、帕隆藏布和多雄藏布的干流河長在近30 a間也分別增長90.58、50.39、75.93和95.81 km。

總體而言,雅江流域人工濕地面積呈現(xiàn)穩(wěn)步增加趨勢,面積在近30 a增加12.64 km2,增幅達(dá)164.37%,且該變化主要發(fā)生在1990—2000年,這個(gè)時(shí)段的變化動態(tài)度高達(dá)4.81%。

表31980—2010年雅魯藏布江流域湖泊數(shù)量變化

Table 3Change in the number of lakes in the Yarlung Zangbo River Valley during 1980-2010

湖泊面積/km2湖泊數(shù)量1980年1990年2000年2010年<18687821041～1075777287>10～304666>30～502222總計(jì)167172162199

圖2　1980—2010年雅魯藏布江流域

3.2雅江流域氣候變化特征

由圖3可見,1980—2010年雅江流域氣溫呈顯著上升趨勢,近30 a雅江流域年均溫氣候傾向率為0.50 ℃·(10 a)-1,其中雅江中游地區(qū)增溫最為顯著,氣候傾向率為0.50 ℃·(10 a)-1,這與已有報(bào)道的青藏高原從20世紀(jì)60年代以來呈逐漸升溫態(tài)勢的研究結(jié)論一致[14]。從年均溫的距平來看,1980—1994年期間各年份年均溫以負(fù)距平為主,即普遍低于整個(gè)流域多年年均溫的平均值,而在1995年后氣溫明顯升高,以正距平為主。年均溫的年際變化特征為:1980年代為相對低溫階段,1990年代中后期進(jìn)入相對高溫階段,2000—2005年升溫不明顯,2005年之后為近30 a來最溫暖時(shí)期。氣溫總體上逐漸上升,上、中、下游地區(qū)年均溫分別大約以0.45、0.62和0.41 ℃·(10 a)-1的速率上升,明顯高于全國和全球的增溫速率,尤其是海拔3 000 m以上的上游及中游地區(qū)升溫最快,高于青藏高原近40 a以來的增溫速率〔0.44 ℃·(10 a)-1〕[15],可見在整個(gè)青藏高原地區(qū)雅江流域的氣候變暖趨勢也非常明顯。

近30 a雅江流域年均最高溫從14.33升高到16.24 ℃,增幅為13.29%,年均最低溫從0.28升高到1.96 ℃,也增長近7倍。與年均溫的距平趨勢相似,年均最高溫和最低溫自1995年之后普遍以正距平為主,高于全流域年均溫的平均值,年均最高溫的極值出現(xiàn)在2009年的下游地區(qū),達(dá)17.74 ℃。

近30 a雅江流域年均降水量波動較大,呈現(xiàn)增加趨勢但不顯著,全流域年均降水量的氣候傾向率為9.70 mm·(10 a)-1,這與已有文獻(xiàn)中近30 a青藏高原降水大體上以增加趨勢為主,但總體顯著性水平不高的研究結(jié)論相一致[14,16]。近30 a雅江下游地區(qū)平均年降水量為794.34 mm,明顯高于上游(354.92 mm)和中游地區(qū)(436.50 mm)。全流域多年平均降水量呈現(xiàn)從偏多到偏少的周期性波動特征,這一特征在5 a滑動平均序列圖上反映更清楚:從1980 年代中期開始,曲線一直呈上升趨勢,1990年代初期有所降低,從1999年開始逐漸上升,之后又呈現(xiàn)降低趨勢,負(fù)距平開始增多。

全流域年均相對濕度波動較大,總體上隨時(shí)間變化呈現(xiàn)下降趨勢,但降幅較小,未通過0.05水平的顯著性檢驗(yàn),氣候傾向率為-0.43%·(10 a)-1。而下游地區(qū)年均相對濕度顯著高于上、中游地區(qū)(P<0.01)。1980—1990年年均相對濕度的距平值多為負(fù)值,低于多年平均值;1990—2000年年均相對濕度較高,距平值也大多高于多年平均值;進(jìn)入2000年代后前5 a年均相對濕度呈現(xiàn)高值,后5 a情況則恰好相反,距平值為負(fù)值。

1980—2005年雅江流域年均蒸發(fā)量呈顯著降低趨勢(P<0.01),平均氣候傾向率為-235.31 mm·(10 a)-1,符合青藏高原總體年均蒸發(fā)量的變化趨勢,但低于藏北高原的年均蒸發(fā)量氣候傾向率〔-617 mm·(10 a)-1〕[17-18]。下游地區(qū)年均蒸發(fā)量多年平均值(1 455 mm)明顯低于上游(2 138 mm)和中游地區(qū)(2 177 mm)。1980—1995年年均蒸發(fā)量距平值幾乎為正值,均高于多年平均值;而1995—2000年年均蒸發(fā)量呈波動變化,正距平逐漸減少,負(fù)距平開始增多;2000年之后年均蒸發(fā)量距平值均低于多年平均值,表明年均蒸發(fā)量自2000年起明顯降低。

圖3　1980—2010年雅魯藏布江流域主要?dú)庀笠蜃幼兓?/p>

3.3雅江流域河流徑流量和雪深的變化特征

3個(gè)測站天然徑流的5 a滑動趨勢線見圖4。

圖4　1980—2010年雅魯藏布江干流

由圖4可見，奴各沙、羊村和奴下3 個(gè)水文站的歷年徑流變化具有相同的變化周期,即整個(gè)雅江干流區(qū)在1980年代初期徑流持續(xù)下降,1983年達(dá)最低值,1984年開始波動上升,1990年代進(jìn)入相對豐水期,2000年達(dá)最高值,隨后呈波動性降低趨勢。從總體上看,徑流年際變化存在一定的周期性波動,2個(gè)豐水時(shí)間段為1980年代后期至1990年代初期和2000年以后。2000年以后上、中、下游各站徑流量總體呈快速增長趨勢。1998—2000年3個(gè)測站年徑流量均劇增,這可能是受1998年大洪水影響所致。

通過分析雅江流域的年平均雪深變化(圖5～6)發(fā)現(xiàn),1980年代年平均雪深的氣候傾向率為-0.10 cm·(10 a)-1,1980—1984年雅江流域年平均雪深呈顯著下降趨勢(P<0.05),1985—1988年年平均雪深呈波動性下降趨勢,距平普遍為負(fù)值。1989—1998年年平均雪深呈顯著上升趨勢(P<0.05),距平值在1991年之后也升高為正值,10 a間年平均雪深的氣候傾向率為0.18 cm·(10 a)-1,與整個(gè)青藏高原1980—1995年年平均雪深呈顯著線性上升趨勢〔約為0.06 cm·(10 a)-1〕的研究結(jié)論一致[19-20],但高于青藏高原的上升幅度。1998年雅江流域平均雪深達(dá)到峰值0.25 cm,與降水峰值年份相同。1998—2007年積雪深度呈波動下降趨勢,10 a間年平均雪深的氣候傾向率為-0.05 cm·(10 a)-1。

圖5　1980—2007年雅魯藏布江流域年平均雪深變化

圖6　1980—2007年雅魯藏布江流域年平均雪深距平序列

4雅江流域高寒濕地對氣候變化的響應(yīng)

4.1河流濕地

雅江流域上、中、下游高寒濕地面積與自然氣候因子的灰色關(guān)聯(lián)度見表4。由表4可知,年均溫和年均最高溫與河流面積的關(guān)聯(lián)性均達(dá)顯著水平(P<0.05)。近30 a雅江流域氣溫總體呈升高趨勢,而河流濕地面積總體上也呈增加趨勢。由于雅江流域高寒的氣候特征,現(xiàn)代冰川多發(fā)育于此,冰雪融水也成為河流、湖泊等濕地水體的重要補(bǔ)給水源。氣候升高會引起冰川萎縮,冰川融水產(chǎn)生的冰川徑流直接匯入其下段的河流、湖泊等濕地水體,對這些水體的徑流變化產(chǎn)生影響[20-21]。

1980年代雅江流域年平均雪深呈顯著下降趨勢,而同期冰川也呈現(xiàn)退縮狀態(tài)[22],這說明冰川末端融化引起冰雪融水增多,雪水流入附近的河流后使得河流徑流量增加。前文研究結(jié)果顯示,從1984年開始河流徑流量呈上升趨勢,1980—1990年河流面積增加172.93 km2。 而進(jìn)入2000年后,2000—2010年雅江流域多年平均氣溫為7.69 ℃,年均溫距平幾乎普遍呈正值(圖3),為近30 a來最溫暖時(shí)期。冰川退縮進(jìn)一步加劇,年平均雪深也再次呈現(xiàn)緩慢降低趨勢,使得融雪量增加,冰雪融水變多。以融水補(bǔ)給為主的尼洋河、易貢藏布等支流以及干流中游河段徑流量增加,上、中、下游各站徑流量在近10 a間快速增長,與1980年代相比分別增加28.4%、34.9%和21.7%(圖4)。因此,冰雪融水和降水量的增加使得河流面積在2000—2010年出現(xiàn)快速增長,面積動態(tài)變化度為1.68%(表2),而同期年均溫的氣候傾向率也高達(dá)1.20 ℃·(10 a)-1,說明氣溫升高最迅速的10 a也是河流面積增加最為劇烈的時(shí)期。

表4雅魯藏布江流域上、中、下游高寒濕地面積與自然氣候因子的灰色關(guān)聯(lián)度

Table 4Gray relational analysis of the areas of alpine wetlands in the upper, middle and lower reaches of the Yarlung Zangbo River Valley with natural meterological factors

流域濕地類型關(guān)聯(lián)度年均溫年均最高溫年均最低溫年均相對濕度年降水量年蒸發(fā)量上游河流0.8684*0.9346*0.61540.8262*0.68690.8018湖泊0.8723*0.8835*0.67570.82630.72230.8040*沼澤0.8281*0.9103*0.61660.8233*0.66900.8246人工濕地0.8119*0.8771*0.65080.7931*0.6639*0.8114*中游河流0.8652*0.8977*0.56490.81920.69640.7417湖泊0.8284*0.8990*0.56180.8512*0.71730.7993沼澤0.8310*0.8904*0.60390.8666*0.75330.8418*人工濕地0.7957*0.7428*0.62110.71600.68440.6239下游河流0.7042*0.6854*0.7476*0.68530.63520.6225湖泊0.7693*0.8292*0.62780.72150.65350.7079沼澤0.8023*0.8606*0.65860.74060.57330.6824人工濕地0.67080.66010.70420.65700.71030.6611

*表示P<0.05。

4.2湖泊濕地

由表4可知,年均溫和年均最高溫這2個(gè)因素與雅江上、中、下游地區(qū)湖泊面積均呈顯著關(guān)聯(lián)關(guān)系(P<0.05),說明氣溫是與湖泊面積動態(tài)變化的最主要的關(guān)聯(lián)因子。雅江流域內(nèi)較大的湖泊一般均發(fā)育在河谷的開闊地段,而小型湖泊則分布在各支流的源頭附近,是冰川在長期進(jìn)退消融過程中對地表局部挖蝕、堆積的結(jié)果,因此冰川作用在很大程度上影響著湖泊水情[7,20]。近30 a雅江流域年平均雪深呈現(xiàn)先降低后升高又降低的波動變化趨勢,由此引起的融雪雪水量也呈現(xiàn)先增加后降低又增加的變化趨勢,這與湖泊面積的動態(tài)變化規(guī)律一致(表2),而發(fā)生冰川退縮的區(qū)域附近也常常伴隨出現(xiàn)小型湖泊(面積<10 km2)的擴(kuò)張。雅江上游的湖泊面積變化除與氣溫顯著關(guān)聯(lián)之外,還與年均蒸發(fā)量顯著關(guān)聯(lián)(P<0.05)。這是因?yàn)閷τ谏嫌蔚貐^(qū)封閉的內(nèi)陸湖泊[7]來說,其水源的主要輸出途徑是蒸發(fā),而降水量的增加和蒸發(fā)量的減少成為湖泊面積在近30 a總體呈持續(xù)增長的主要原因。另一方面,通過轉(zhuǎn)移矩陣計(jì)算,筆者發(fā)現(xiàn)1980年以來有91.78%～97.86%的沼澤濕地轉(zhuǎn)變?yōu)樾⌒秃?這可能是因?yàn)楸ㄍ丝s的加快引起了以冰川融水補(bǔ)給為主的湖泊水位上漲,湖泊面積增大,導(dǎo)致周邊沼澤濕地被淹沒,使其陸續(xù)轉(zhuǎn)變成小型湖泊。

4.3沼澤濕地

對沼澤濕地而言,年均溫、年均最高氣溫和年均相對濕度這3個(gè)因子與其關(guān)聯(lián)度大多達(dá)顯著水平(P<0.05)。由于氣溫升高導(dǎo)致冰雪融水增加,沼澤濕地轉(zhuǎn)變?yōu)楹礉竦?此外,不斷升高的氣溫使得與沼澤濕地息息相關(guān)的多年凍土層不斷消融[23],從而加速了沼澤濕地的退化。另一方面,高原濕地消耗水分的主要途徑是蒸散發(fā),而與蒸散發(fā)直接相關(guān)的一個(gè)重要因子是相對濕度[24]。近30 a間雅江流域上、中、下游年平均相對濕度有不同程度下降(圖3),說明該流域氣候呈干熱化發(fā)展趨勢。相對濕度的降低意味著植物生長季內(nèi)空氣濕度飽和差增大,這必然會促使生長季內(nèi)蒸散發(fā)量增加,從而為沼澤濕地水分的不斷喪失創(chuàng)造條件;同時(shí)較低的相對濕度也促使植被的蒸騰作用加劇,導(dǎo)致土壤墑情惡化[25]。上述原因都對植被生長構(gòu)成危害,這也可能是高原沼澤草甸植被發(fā)生退化、沼澤萎縮的原因之一。

4.4人工濕地

從整個(gè)雅江流域看,人工濕地變化主要受人類活動干擾,與特定氣象因子的關(guān)聯(lián)性大多不顯著。但上中游的人工濕地面積變化與氣溫顯著關(guān)聯(lián)(表4),這可能是由于隨著氣溫升高上中游的稻田人工濕地種植面積擴(kuò)大。近30 a間雅江流域人工濕地面積增幅達(dá)164%,且人工濕地大幅增加主要發(fā)生在1990—2000年。1991年開始,國家對雅江中游及其支流拉薩河、年楚河實(shí)施“一江兩河”開發(fā),重點(diǎn)扶持種植業(yè)、農(nóng)業(yè)和公路、大壩、水庫等的建設(shè)[13]。該項(xiàng)目的實(shí)施是1990年代以來雅江流域人工濕地面積增加的主要驅(qū)動力。

5結(jié)論

通過野外調(diào)查和遙感目視解譯相結(jié)合的方法分析了1980—2010年雅江流域濕地的變化特征,同時(shí)利用同期氣候、徑流和雪深數(shù)據(jù)討論了其與雅江濕地面積變化的關(guān)聯(lián)關(guān)系?？傮w上來看,沼澤、河流和湖泊濕地構(gòu)成了雅江流域濕地的主體,占雅江濕地總面積的99.77%,而水稻田和水庫等人工濕地分布較少,僅占濕地總面積的0.23%。近30 a來雅江流域年均溫、年均最高溫和年均最低溫總體呈顯著增加趨勢,年均蒸發(fā)量呈顯著下降趨勢,降水量波動較大,年均相對濕度呈不顯著下降趨勢。雅江流域高寒濕地的動態(tài)變化與氣候變化密切相關(guān),尤其是年均溫、年均最高溫和年均相對濕度。近30 a來河流濕地面積、雅江5大支流的干流河長增加主要是受年均溫和年均最高溫升高影響所致;湖泊面積總體呈增加趨勢,主要與氣溫升高有關(guān);沼澤濕地面積持續(xù)降低,這與區(qū)域氣溫升高以及年均相對濕度降低顯著關(guān)聯(lián);水庫、水稻田等人工濕地面積增加則主要是受人類活動影響。

由于該研究首次嘗試摸清雅江全流域的濕地動態(tài)變化,對于較大范圍內(nèi)衛(wèi)星遙感影像的使用存在一定的局限性,各類衛(wèi)星資料的獲取時(shí)間不在同一個(gè)季相,使得獲取的濕地變化情況可能存在一定誤差。另外,由于缺乏雅江流域更多站點(diǎn)的水文觀測數(shù)據(jù)和湖泊周圍冰雪融水的變化情況資料,對于冰川變化引起的湖泊、河流變化以及它們之間的相互作用等問題尚需進(jìn)一步的深入研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]SHI Y,GAO X J,ZHANG D F,etal.Climate Change Over the Yarlung Zangbo-Brahmaputra River Basin in the 21st Century as Simulated by a High Resolution Regional Climate Model[J].Quaternary International,2011,244(2):159-168.

[2]孫鴻烈,鄭度.青藏高原形成演化和發(fā)展[M].廣州:廣東科學(xué)技術(shù)出版社,1998:155-169.

[3]關(guān)志華,陳傳友,區(qū)裕雄,等.西藏河流與湖泊[M].北京:科學(xué)出版社,1984:176-182.

[4]白軍紅,歐陽華,崔保山.近40年來若爾蓋高原高寒濕地景觀格局變化[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(5):2245-2252.

[5]BAI J H,LU Q Q.WANG J J,etal.Landscape Pattern Evolution Processes of Alpine Wetlands and Their Driving Factors in the Zoige Plateau of China[J].Journal of Mountain Science,2013,10(1):54-67.

[6]ZHANG Y L,WANG C L,BAI W Q.Distribution of Alpine Wetland in Lhasa River Basin,China[J].Journal of Geographical Sciences,2010,20(3):375-388.

[7]SARKAR A,GRAG R D,SHARMA N Y.RS-GIS Based Assessment of River Dynamics of Brahmaputra River in India[J].Journal of Water Resource and Protection,2012,4(2):63-72.

[8]林乃峰,沈渭壽,張慧,等.近35 a西藏那曲地區(qū)湖泊動態(tài)遙感與氣候因素關(guān)聯(lián)度分析[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào),2012,38(3):231-237.

[9]GUO Y P,WANG C H.Trends in Precipitation Recycling Over the Qinghai-Xizang Plateau in Last Decades[J].Journal of Hydrology,2014,517:826-835.

[10]SHEN W S,LI H D,SUN M,etal.Dynamics of Aeolian Sandy Land in the Yarlung Zangbo River Basin of Tibet,China From 1975 to 2008[J].Global and Planetary Change,2012,86/87:37-44.

[11]湯奇成,熊怡.中國河流水文[M].北京:科學(xué)出版社,1998:15-19.

[12]舒儉民,王家驥,高吉喜,等.雅魯藏布江中部地區(qū)生物多樣性保護(hù)規(guī)劃[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào),1997,13(2):1-5.

[13]LI H D,SHEN W S,ZOU C X,etal.Spatio-Temporal Variability of Soil Moisture and Its Effect on Vegetation in a Desertified Aeolian Riparian Ecotone on the Tibetan Plateau,China[J].Journal of Hydrology,2013,479:215-225.

[14]吳紹洪,尹云鶴,鄭度,等.青藏高原近30年氣候變化趨勢[J].地理學(xué)報(bào),2005,60(1):3-11.

[15]LI X J,XU L Y.An Evaluation of Ecological Losses From Hydropower Development in Tibet[J].Ecological Engineering,2015,76:178-185.

[16]CHEN H.Assessment of Hydrological Alterations From 1961 to 2000 in the Yarlung Zangbo River,Tibet[J].Ecohydrology & Hydrobiology,2012,12(2):93-103.

[17]LIU X M,ZHENG H X,ZHANG M H,etal.Identification of Dominant Climate Factor for Pan Evaporation Trend in the Tibetan Plateau[J].Journal of Geographical Sciences,2011,21(4):594-608.

[18]杜軍,邊多,鮑建華.藏北高原蒸發(fā)皿蒸發(fā)量及其影響因素的變化特征[J].水科學(xué)進(jìn)展,2008,19(6):786-791.

[19]馬麗娟,秦大河.1957—2009年中國臺站觀測的關(guān)鍵積雪參數(shù)時(shí)空變化特征[J].冰川凍土,2012,34(1):1-11.

[20]LIN Z J,NIU F J,LIU H,etal.Hydrothermal Processes of Alpine Tundra Lakes,Beiluhe Basin,Qinghai-Tibet Plateau[J].Cold Regions Science and Technology,2011,65(3):446-455.

[21]姚檀棟,李治國,楊威,等.雅魯藏布江流域冰川分布和物質(zhì)平衡特征及其對湖泊的影響[J].科學(xué)通報(bào),2010,55(20):2072-2078.

[22]YAO T D,THOMPSON L,YANG W,etal.Different Glacier Status With Atmospheric Circulations in Tibetan Plateau and Surroundings[J].Nature Climate Change,2012,2:663-667.

[23]YANG Z P,OUYANG H,XU X L,etal.Effects of Permafrost Degradation on Ecosystems[J].Acta Ecologica Sinica,2010,30(1):33-39.

[24]牛沂芳,李才興,習(xí)曉環(huán),等.衛(wèi)星遙感檢測高原湖泊水面變化及與氣候變化分析[J].干旱區(qū)地理,2008,31(2):284-290.

[25]WANG G X,WANG Y B,LI Y S,etal.Influences of Alpine Ecosystem Responses to Climatic Change on Soil Properties on the Qinghai-Tibet Plateau,China[J].Catena,2007,70(3):506-514.

(責(zé)任編輯： 許素)

Dynamic of the Alpine Wetlands and Its Response to Climate Change in the Yarlung Zangbo River Valley in Recent 30 years.

LIUDong1,WANGTao2,SHENWei-shou1,LINNai-feng1,ZOUChang-xin1

(1.Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China；2.School of Geography and Remote Sensing, Nanjing Universitos of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China)

Abstract:The knowledge about dynamic of the alpine wetlands in the Yarlung Zangbo River Valley and its response to climate change would help understand in depth variation of the alpine ecosystem of the Qinghai Tibet Plateau and its response to global climate change. Information dynamics of the wetlands, in area, in the Yarlung Zangbo River Valley was extracted from the remote sensing images and data transmitted from the Landsat and Environmental Satellite #1 in 1980, 1990, 2000 and 2010, and collated with the data obtained in field surveys and the recent 30 years of metereological, hydrological and snow-accumulation data to explore dynamics of wetlands and its response to climate change. Results show that in 2010 alpine wetlands accounted for 3.73% of the whole valley in area, with swampy wetlands being the largest in area and accounting for 59.46% of the total area of the wetlands, followed by riverine wetlands (30.19%), lacustrine wetlands (10.13%) and man-made wetlands (0.23%). In the recent 30 years riverine and lacustrine wetlands have been on a rising trend in area, while swampy wetlands on a reverse trend. The Yarlung Zangbo River Valley has been on a rising trend in annual mean temperature, mean annual maximum temperature, and mean annual minimum temperature, fluctuating greatly or on a slightly, but not apparently, rising trend in precipitation, and a declining trend, though not apparent, in mean relatively humidity. The changes in annual mean temperature and mean annual maximum temperature were significantly related to the changes in the area of the lakes in the valley; the increases in the area of the riverine wetlands and in the length of the main streams of the five major tributaries of the Yarlung Zangbo River were to the changes in annual mean temperature, mean annual maximum temperature, and mean annual minimum temperature; and the area of the swampy wetlands was to the air temperature and annual mean relative humidity. The country′s strategy of construction, like building dams and reservoirs is the major driving force of the increase in the area of man-made wetlands in the river valley.

Key words:alpine wetland;Yarlung Zangbo River;climate；response

作者簡介：劉冬(1984—),女,河南洛陽人,助理研究員,博士,主要從事氣候變化與生態(tài)安全方面的研究。E-mail: liudong@nies.org

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.02.012

中圖分類號：X22；X37

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1673-4831(2016)02-0243-09

通信作者①E-mail： zcx@nies.org

基金項(xiàng)目：國家“十二五”科技支撐計(jì)劃(2012BAC19B06-1);國家自然科學(xué)基金青年基金(41501596)；江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃(KYLX15_0869)

收稿日期：2015-03-26