近30年青藏高原南緣地理環(huán)境狀況及變遷研究*

劉榮高 劉 洋 徐新良 葛全勝

中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所 北京 100101

近30年青藏高原南緣地理環(huán)境狀況及變遷研究*

劉榮高 劉 洋 徐新良 葛全勝

中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所 北京 100101

青藏高原南緣位于青藏高原與南亞次大陸的過渡地帶，是西風(fēng)帶、南亞季風(fēng)的交匯區(qū)域，對(duì)于氣候和環(huán)境變化十分敏感。文章綜合利用衛(wèi)星遙感和地面觀測(cè)等手段，分析了20 世紀(jì) 80年代以來青藏高原南緣的土地利用/覆蓋、植被、降水、溫度、人口和夜間燈光等自然和人文地理環(huán)境狀況及其變遷。結(jié)果表明，青藏高原南緣土地利用覆蓋以森林為主（48.62%）；植被主要分布在喜馬拉雅山南麓山區(qū)和東部，東部植被狀況明顯好于中西部；區(qū)域降水集中在每年 6—9月南亞夏季風(fēng)時(shí)段，呈南多北少、東多西少之勢(shì)；氣溫北低南高，空間差異大；除南部邊緣外，人口密度整體偏低，夜間燈光覆蓋率 2013年僅為10%左右。近 30年來，青藏高原南緣區(qū)域環(huán)境發(fā)生了顯著變化。在自然環(huán)境方面，區(qū)域內(nèi)氣溫顯著升高，高海拔區(qū)域、夜間的溫度升高更快；中東部降水顯著減少，西部部分區(qū)域降水增加；在氣溫和降水變化影響下，中西部植被最大葉面積指數(shù)（leaf area index, LAI）普遍增大，東部則略有減小。人文環(huán)境方面，近年來區(qū)域中南部人類活動(dòng)有所加強(qiáng)，區(qū)域內(nèi)居民點(diǎn)增多，中部和南部的印度、尼泊爾境內(nèi)人口密度增大；1992—2013年夜間燈光覆蓋面積擴(kuò)張了2.5 倍，其中 85%以上的擴(kuò)張區(qū)域位于印度境內(nèi)。

青藏高原，南緣，氣候，地表特征，人類活動(dòng)，變遷

DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2017.09.010

青藏高原是全球海拔最高的巨型構(gòu)造地貌單元，被譽(yù)為“世界第三極”，具有獨(dú)特的自然和人文環(huán)境。其劇烈隆起改變了亞洲的大氣環(huán)流形勢(shì)，促成了地球上最強(qiáng)大的亞洲季風(fēng)系統(tǒng)，并對(duì)北半球的環(huán)流產(chǎn)生重要影響[1,2]。高原特殊的下墊面和大氣過程使其成為全球氣候與環(huán)境變化的敏感區(qū)。在氣候變化和人類活動(dòng)影響下，高原的冰川、凍土、積雪等冰凍圈劇烈變化[3-6]，生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能以及重要物種的種群數(shù)量和結(jié)構(gòu)也發(fā)生了深刻的變化[7]，對(duì)區(qū)域水循環(huán)、生態(tài)條件產(chǎn)生了巨大的影響，也給社會(huì)經(jīng)濟(jì)和防災(zāi)減災(zāi)帶來了新挑戰(zhàn)[8,9]。

青藏高原南緣沿喜馬拉雅山南麓延伸，位于南亞次大陸與青藏高原的交接過渡地帶，是西風(fēng)帶、南亞季風(fēng)和東亞季風(fēng)的交匯地帶。該區(qū)域地形、氣候和生態(tài)環(huán)境十分復(fù)雜，海拔從 4 500 米以上的喜馬拉雅山脈迅速降低到 200 米左右的平原地帶，氣候也涵蓋了高山的高寒氣候和平原的熱帶季風(fēng)氣候，地表覆蓋具有森林、農(nóng)田、草地和冰雪等顯著的垂直地帶性。研究青藏高原南緣的地理環(huán)境和人文狀況及其變遷，有助于認(rèn)識(shí)高原及鄰近區(qū)域?qū)τ跉夂蜃兓?，特別是西風(fēng)帶、亞洲季風(fēng)變化的響應(yīng)和適應(yīng)狀況。

該區(qū)域（特別是西部）的地面站點(diǎn)十分稀疏，衛(wèi)星遙感為這種難抵達(dá)區(qū)域的空間連續(xù)監(jiān)測(cè)提供了可能。本文綜合利用地面觀測(cè)和衛(wèi)星遙感等技術(shù)手段，分析近30年青藏高原南緣的土地利用/覆蓋、植被、溫度、降水、人口和夜間燈光等自然和人文狀況，刻畫該區(qū)域的地理環(huán)境狀況及其變遷。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)

（1）土地利用/覆蓋相關(guān)數(shù)據(jù)。采用 Landsat 衛(wèi)星觀測(cè)、Google Earth 高分辨率影像，結(jié)合全球 30 米土地覆蓋分類產(chǎn)品 GlobeLand 30 分析該區(qū)域土地覆被、土地利用的狀況。其中，Landsat 采用1990 年和 2015 年附近的 TM和 ETM+晴空觀測(cè)，分辨率為 30 米。GlobeLand 30 是采用 Landsat及環(huán)境_1 等衛(wèi)星影像，基于綜合了面向像元、面向?qū)ο蠛蛯＜抑R(shí)的 POK 分類方法，獲得的全球 30 米分辨率土地覆被數(shù)據(jù)，總體分類精度達(dá)到了80% 以上，本文采用 2010 年分類結(jié)果[10]。

（2）植被葉面積指數(shù)數(shù)據(jù)。采用 GLOBMAP 葉面積指數(shù)（leaf area index, LAI）產(chǎn)品分析區(qū)域植被狀況及變化。該產(chǎn)品是基于 AVHRR 和 MODIS 數(shù)據(jù)生成的全球1981年以來的高一致性葉面積指數(shù)數(shù)據(jù)[11]，空間分辨率為 8 公里，時(shí)間分辨率 1981—1999 年為 15 天，2000—2016 年為 8天。產(chǎn)品首先采用改進(jìn)的 GLOBCARBON LAI 算法，基于 MODIS 數(shù)據(jù)反演葉面積指數(shù)，然后利用 AVHRR 與 MODIS 的重疊觀測(cè)，針對(duì)每個(gè)像元建立了AVHRR SR-MODIS LAI 關(guān)系，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了歷史 AVHRR 數(shù)據(jù)的回溯反演。GLOBMAP 解決了兩種不同傳感器差異引起的反演結(jié)果不一致的問題。

（3）氣候數(shù)據(jù)。利用TRMM衛(wèi)星日降水產(chǎn)品3B42Daily、MODIS 地表溫度產(chǎn)品 MOD11A2 和研究區(qū)域氣象站點(diǎn)的降水與氣溫觀測(cè)，分析區(qū)域內(nèi)降水和溫度等氣候狀況及其變遷。其中，TRMM 日降水產(chǎn)品提供了每天的降水量，空間分辨率為 0.25 度，時(shí)間覆蓋 1989—2016 年[12]。MODIS 地表溫度產(chǎn)品 MOD11A2 提供了每 8天白天和夜間衛(wèi)星過境時(shí)的地表溫度，空間分辨率為 1公里，時(shí)間覆蓋 2000—2016 年[13]。地面觀測(cè)采用了中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)的中國(guó)地面氣候資料日值數(shù)據(jù)集（V3.0）的 5 個(gè)站點(diǎn)和 NOAA NCDC 的 5 個(gè)印度及尼泊爾站點(diǎn)的 1980—2016 年逐日降水量和逐日最高、最低及平均氣溫資料。中國(guó)的 5 個(gè)站點(diǎn)包括：普蘭 556960、聶拉爾 557730、錯(cuò)那 556900、隆子 556550 和帕里 554370，位于研究區(qū)域北側(cè)，海拔均在 3 500 米以上；尼泊爾及印度站點(diǎn)包括：DEHRADUN 421110、LILABARI 423090、DIBRUGARH 423140、TEZPUR 424150 和 TRIBHUVAN 444540，位于區(qū)域南側(cè)，海拔在 1 500 米以下。

（4）人口數(shù)據(jù)。采用哥倫比亞大學(xué)國(guó)際地球科學(xué)信息網(wǎng)絡(luò)中心（Center for International Earth Science Information Network, Columbia University）提供的全球人口格網(wǎng)數(shù)據(jù)第 4 版（Gridded Population of the World,Version 4, GPWv4）來表征區(qū)域人口密度分布[14]。該數(shù)據(jù)集基于人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合人口分布模型，生成了全球空間連續(xù)的人口分布?？臻g分辨率在赤道約為 1 公里，2000—2020年每 5 年發(fā)布 1 次，本文采用 2005 年和 2015 年的數(shù)據(jù)。

（5）夜間燈光數(shù)據(jù)。采用 DMSP-OLS 夜間燈光數(shù)據(jù)（V4 版本）來描述區(qū)域人類活動(dòng)的擴(kuò)張。該數(shù)據(jù)包含無云觀測(cè)頻數(shù)（number of cloud-free observations）、平均燈光（average of the visible bands digital number values）和穩(wěn)定燈光（stable light images）3 個(gè)產(chǎn)品。本文采用的是穩(wěn)定燈光產(chǎn)品，該產(chǎn)品經(jīng)過了去云處理，并且消除了背景噪聲及短時(shí)燈光數(shù)據(jù)（火山氣體、森林火災(zāi)、極光等）[15]。像元灰度值介于 0—63 之間，數(shù)據(jù)可獲取時(shí)間跨度為 1992—2013 年（年度合成數(shù)據(jù)），空間分辨率 1 公里。

2.2 方法

本文采用地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS）空間分析、變化檢測(cè)、線性趨勢(shì)分析等方法，研究區(qū)域自然地理和人文要素的分布狀況及時(shí)間變化，具體方法如下。

（1）土地利用/覆蓋。利用 2010 年 GlobeLand30 土地覆被數(shù)據(jù)，獲取研究區(qū)域 30 米的土地利用/覆蓋分類圖，分國(guó)別分析不同覆被類型的空間分布特征。針對(duì)變化的典型區(qū)域藏南地區(qū)，基于 Landsat TM/ETM+衛(wèi)星影像和Google Earth 高分辨率影像，采用人工目視解譯方法，獲得 1990 年和 2015 年區(qū)域的居民地、機(jī)場(chǎng)等典型土地利用要素分布，分析其變化狀況。

（2）植被狀況。采用 1981—2016 年的 GLOBMAP LAI 數(shù)據(jù)，計(jì)算各像元每年葉面積指數(shù)序列中的最大值，獲得各個(gè)年份的最大葉面積指數(shù)分布圖。由于 1981 年數(shù)據(jù)不全，在時(shí)間序列分析中予以排除。對(duì)獲得的 1982—2016 年共 35 年的最大葉面積指數(shù)進(jìn)行線性擬合，分析各像元植被的狀況和生長(zhǎng)趨勢(shì)變化。

（3）氣候要素。利用 TRMM 1998—2016 年的數(shù)據(jù)，計(jì)算19 年間的年降水量平均值，并對(duì)每年的年降水量進(jìn)行線性擬合，計(jì)算斜率分析其年際變化。利用2000—2016 年 MODIS 地表溫度數(shù)據(jù)，分日夜計(jì)算每年的地表溫度平均值以及平均日夜溫差，分別進(jìn)行每年結(jié)果的線性擬合，分析地表溫度的變化。另外，基于 1980 年以來逐日氣象站點(diǎn)觀測(cè)，計(jì)算年降水量、月降水量、年平均氣溫、年最高氣溫、年最低氣溫、月平均氣溫、月最高氣溫和月最低氣溫，并分析降水量和氣溫的年際變化。在站點(diǎn)分析中，分海拔高于 3 500 米和低于 1 500 米分別分析。另外，尼泊爾及印度站點(diǎn)的缺測(cè)較多，特別是 1995 年以前，嚴(yán)重影響年際變化的可靠性，因此在年際分析中僅保留 DEHRADUN 421110 站點(diǎn)。

（4）人類活動(dòng)。對(duì)比 2005 年和 2015 年人口密度分布圖，分析區(qū)域人口變化。并利用 1992—2013 年 DMSPOLS 夜間燈光數(shù)據(jù)，采用線性趨勢(shì)擬合獲得燈光數(shù)據(jù)灰度值的線性斜率，來表征區(qū)域人工建筑的變化模式。斜率大于 0 表示夜間燈光越來越亮，人工建筑呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì)；小于 0 表示夜間燈光越來越暗，人工建筑呈現(xiàn)縮小趨勢(shì)。

3 區(qū)域地理環(huán)境狀況及變化

3.1 地表特征

3.1.1 地形

青藏高原南緣為高山平原過渡帶，地勢(shì)北高南低，高程落差大。圖1為數(shù)字高程模型（digital elevation model，DEM）分布圖。從南北向來說，區(qū)域北部為高聳的喜馬拉雅山脈，海拔多在 4 000 米以上，世界最高峰珠穆朗瑪峰即位于該區(qū)中部中國(guó)和尼泊爾交界處；南部為南亞次大陸，地勢(shì)平坦，海拔多在 200 米以下。南北不到200公里的寬度，海拔落差卻高達(dá)4 000米甚至6 000米以上，北部有眾多5 000米甚至7 000米以上的高山，山高谷深坡度大，地形十分復(fù)雜。從東西向來說，區(qū)域西部和中部喜馬拉雅山橫亙，東部位于喜馬拉雅山末端，分布著雅魯藏布江大峽谷，海拔相對(duì)西部較低，多在 4 000 米以下。

圖1 區(qū)域數(shù)字高程模型（DEM）分布圖

3.1.2 土地利用/覆蓋

圖2 為研究區(qū)域土地利用/覆蓋分布圖，表 1 為各類土地利用/覆蓋在整個(gè)區(qū)域和各國(guó)境內(nèi)的面積及占比。由圖表可知，青藏高原南緣土地利用/覆蓋類型以森林為主，森林總面積為 21.18 萬平方公里，占南緣總土地面積的 48.62%，其次為耕地和草地面積，分別為 8.24 萬平方公里和 7.56 萬平方公里，占南緣總土地面積的比例分別為 18.92% 和 17.35%。另外，青藏高原南緣裸土地和永久性冰雪的面積也比較多，分別為 3.75 萬平方公里和 2.41 萬平方公里，占南緣總面積的比例分別為 8.62% 和 5.52%。該地人口較少，居民地的面積僅為0.2 萬平方公里，僅占南緣總面積的 0.46%。

圖2 青藏高原南緣土地利用/覆蓋狀況

青藏高原南緣主要涉及印度、尼泊爾、不丹、中國(guó) 4 個(gè)國(guó)家。西部的印度和尼泊爾境內(nèi)均以森林和耕地為主，兩種類型所占比例之和在兩國(guó)境內(nèi)分別為 62.79%和 71.58%；而東部的不丹和中國(guó)境內(nèi)以森林和草地為主，兩種類型所占比例之和在兩國(guó)境內(nèi)分別為 93.19% 和89.51%。

從各土地利用/覆蓋類型在各國(guó)的分布看，青藏高原南緣印度境內(nèi)森林和耕地的面積分別為 4.23 萬平方公里和 2.43 萬平方公里，森林和耕地占本國(guó)在研究區(qū)域總面積的比例為 39.89% 和 22.90%。另外，草地和裸土地的面積也比較多，分別為 1.66 萬平方公里和 1.32 萬平方公里，草地和裸土地占總面積的比例分別為 15.62% 和 12.42%。居民地面積為 458 平方公里，占總面積的比例為 0.43%，在南緣 4 個(gè)國(guó)家中居民地面積和所占比例最高。

尼泊爾境內(nèi)森林和耕地的面積分別為 6.54 萬平方公里和 3.7 萬平方公里，森林和耕地占本國(guó)在研究區(qū)域總面積的比例分別為 45.71% 和 25.87%。另外，草地面積也比較多，為 2.36 萬平方公里，占總面積的比例為 16.5%。而尼泊爾境內(nèi)居民地的面積比例僅次于印度，為 382 平方公里，占總面積的比例為 0.27%。

不丹境內(nèi)以森林分布為主，森林面積為 2.83 萬平方公里，占本國(guó)在該地區(qū)總面積的比例為 76.14%，遠(yuǎn)高于其他土地覆蓋類型。此外，不丹境內(nèi)草地面積為 0.63萬平方公里，占總面積的比例為 17.05%，是該地區(qū)的第二大土地覆蓋類型。不丹境內(nèi)居民地的面積最少，僅占總面積的 0.01%。

研究區(qū)域最東部的中國(guó)藏南地區(qū)（圖 2），森林的分布也占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，森林面積為 5.72 萬平方公里，占藏南地區(qū)總面積的 70.81%，遠(yuǎn)高于其他土地覆蓋類型。另外，該地區(qū)草地面積為 1.52 萬平方公里，占總面積的18.78%，也是該地區(qū)的第二大土地覆蓋類型。中國(guó)的藏南地區(qū)被印度非法侵占后，由于印度不斷移民，該地區(qū)人口逐步增加。圖 3 為 1990 年和 2015 年此區(qū)域居民地和機(jī)場(chǎng)的分布狀況。由圖可知，該區(qū)域居民地主要沿河谷分布，1990 年居民地面積約為 70.63 平方公里，2015 年居民地的面積達(dá)到了 133.42 平方公里，占藏南總面積的0.16%，該比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過不丹境內(nèi)的居民地占比。此外，該區(qū)域已建成機(jī)場(chǎng) 9 處，最北段的機(jī)場(chǎng)距離西藏米林縣和墨脫縣縣城分別為 71 公里和 56 公里。

表1 青藏高原南緣土地利用/覆蓋類型面積統(tǒng)計(jì)表（面積單位：平方公里；比例單位：%）

3.1.3 植被

圖4a 和 b 分別是青藏高原南緣 1982 年和 2016 年的最大葉面積指數(shù)圖。由圖可知，東部的植被狀況明顯好于中西部地區(qū)。對(duì)比兩張圖可以看出中西部雖然植被狀況較東部較差，但 2016 年較之 1982 年有一定變好的趨勢(shì)。

圖4c 為 1982—2016 年青藏高原南緣地區(qū)的年最大葉面積指數(shù)線性趨勢(shì)擬合圖。如圖所示，研究區(qū)域植被生長(zhǎng)狀況逐年變好。具體來看，東部有部分區(qū)域斜率為0或負(fù)值，說明這些區(qū)域的植被狀況在所研究的 35 年間沒有太大變化或有所減少，這可能與區(qū)域降水減少有關(guān)（見3.2.1節(jié)）；而中西部區(qū)域的斜率則都是正值，表明這些區(qū)域的植被在近年來一直在增長(zhǎng)，這可能與溫度升高而有利于植被生長(zhǎng)有關(guān)（見 3.2.2 節(jié)）。

3.2 氣候

圖3 1990年（a）和2015年（b）中國(guó)藏南地區(qū)土地利用覆蓋狀況

青藏高原南緣位于西風(fēng)帶、南亞季風(fēng)和東亞季風(fēng)的交匯地帶，西部主要受西風(fēng)帶影響，中東部則主要由南亞季風(fēng)控制，區(qū)域降水和溫度呈現(xiàn)顯著的空間和季節(jié)分異。由于全球變暖、亞洲季風(fēng)減弱和西風(fēng)帶增強(qiáng)等大氣候系統(tǒng)的變化，近 30 年該區(qū)域降水和溫度也呈現(xiàn)了相應(yīng)的變化。

3.2.1 降水

圖4 1982年（a）和2016年（b）青藏高原南緣最大葉面積指數(shù)及其1982—2016年線性擬合斜率（c）

圖5 青藏高原南緣1998—2016年平均TRMM年降水量（a）及年降水量變化率（b）分布圖

圖5 a 為青藏高原南緣 1998—2016 年 TRMM 平均年降水量分布圖，可見研究區(qū)域的降水量呈現(xiàn)南部多、北部少、東部多、西部少的特征。高大的喜馬拉雅山迎接了南亞夏季風(fēng)帶來的印度洋的豐沛水汽，在區(qū)域的中部及東部形成了強(qiáng)降雨中心，TRMM 年降水量在 88oE—97oE 區(qū)域可高達(dá) 2 000 毫米以上。區(qū)域西側(cè)受到西風(fēng)帶和南亞季風(fēng)的雙重作用，TRMM 年降水量也可達(dá) 1 000 毫米以上。區(qū)域南側(cè)為迎風(fēng)坡，攔截了來自印度洋的豐沛水汽，年降水量多在 1 500 毫米以上；而北側(cè)海拔多在 3 000米以上，降水量多在 800 毫米以下，小于南部。

圖6 為 1980—2016 年海拔高于 3 500 米和低于 1 500米的氣象站點(diǎn)的月降水量及年降水量折線圖。可見在研究區(qū)域的降水季節(jié)分布上，降水集中在 6—9 月，特別是 7—8 月降水量最大，這主要是受南亞夏季風(fēng)影響。南部海拔低于 1 500 米的區(qū)域 7—8 月降水量平均在 200—250 毫米之間，北部海拔高于 3 500 米的區(qū)域平均也可達(dá)到 60—80 毫米。南緣西部冬季可以同時(shí)得到西風(fēng)帶帶來的降水，在位于南緣西部的聶拉爾和普蘭站，可以看到在 1—4月呈現(xiàn)了一個(gè)小的降水峰。

圖6 1980—2016年氣象站點(diǎn)月降水量及年降水量圖（a）海拔高于3 500 米氣象站點(diǎn)平均月降水量；（b）海拔低于1 500 米氣象站點(diǎn)平均月降水量；（c）海拔高于3 500 米氣象站點(diǎn)年降水量；（d）海拔低于1 500 米氣象站點(diǎn)年降水量

不同于整個(gè)青藏高原整體情況，研究區(qū)域降水量呈現(xiàn)了顯著減少趨勢(shì)（圖 5b）。1989—2016 年的 TRMM數(shù)據(jù)擬合顯示，在研究區(qū)域的中部和東部，年降水量減小十分顯著；氣象站點(diǎn)的觀測(cè)（圖 6c）也支持了這一結(jié)果，平均年降水量以 5.95 毫米/10 年的速度緩慢減少，這可能與近年來南亞夏季風(fēng)的減弱有關(guān)[16]。而在區(qū)域西部的局部地區(qū)，TRMM 的年降水呈現(xiàn)了增加的趨勢(shì)，印度 DEHRADUN 站點(diǎn)（30.317oN, 78.033oE）1993 年以來的降水觀測(cè)也以 267.02 毫米/ 10 年的速度增加，這可能與西風(fēng)帶增強(qiáng)有關(guān)。

3.2.2 溫度

由于研究區(qū)域內(nèi)海拔的巨大落差，溫度北低南高，呈現(xiàn)出巨大的空間差異（圖 7）。青藏高原南緣北部海拔高于 3 500 米的站點(diǎn)，夏季（每年 6—8 月）平均氣溫在 10℃ 左右，而南部海拔低于 1 500 米的區(qū)域夏季月平均氣溫在 25℃ 以上（圖 8）。夏季最高氣溫北側(cè)在 20℃ 左右，而南側(cè)則接近 40℃。全年最低氣溫北側(cè)可達(dá)_25℃ 以下，而南側(cè)則多在 0℃ 以上。

受全球變暖的影響，區(qū)域氣溫也呈現(xiàn)了顯著的增加趨勢(shì)（圖 9），實(shí)測(cè)結(jié)果亦然（圖 8c和 d）。自1980 年以來，北側(cè)海拔高于 3 500 米的站點(diǎn)，年均溫以0.35℃/10 年的趨勢(shì)在升高，年最高氣溫和最低氣溫分別以 0.03℃/10 年和 0.64℃/10 年的趨勢(shì)在升高；南側(cè)海拔低于 1 500 米的站點(diǎn)，年均溫和最高氣溫以 0.22℃/10 年和 0.23℃/10 年的趨勢(shì)在升高，而最低氣溫則以 0.41℃/10年的趨勢(shì)在降低。海拔較高的區(qū)域氣溫升高更加顯著，這與其他研究發(fā)現(xiàn)的地形對(duì)全球變暖的強(qiáng)化效應(yīng)一致。2000 年以來該區(qū)域白天和夜間的地表溫度均呈現(xiàn)了升高的趨勢(shì)，夜間溫度升高的趨勢(shì)快于白天（圖 9）。區(qū)域日夜溫差較大，且北部高海拔區(qū)域大于南部。區(qū)域平均日夜溫差在 10—15℃，最大日夜溫差可達(dá) 20℃ 以上，而北部高海拔區(qū)域甚至在 30℃ 以上，日夜平均溫差呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。

3.3 人類活動(dòng)

3.3.1 人口

圖7 青藏高原南緣 2000—2016 年 MODIS 地表溫度狀況圖（a）白天平均地表溫度；（b）夜間平均地表溫度；（c）日夜平均溫差

研究區(qū)域除南部邊緣平原區(qū)域外，人口密度整體較低（圖10）。北部高山區(qū)人口密度最低，普遍低于 100 人/平方公里。中部山區(qū)人口密度升高到 100—200人/平方公里，在研究區(qū)中部的尼泊爾境內(nèi)出現(xiàn)數(shù)個(gè)人口聚居（密度＞300 人/平方公里）的居民點(diǎn)。南部邊緣位于平原區(qū)域，人口密度顯著增高，大多高于 400 人/平方公里，位于研究區(qū)域西部的印度境內(nèi)某些區(qū)域可達(dá) 1 000 人/平方公里以上。

圖8 1980—2016年氣象站點(diǎn)的月氣溫及年氣溫狀況圖（a）海拔高于3 500 米氣象站點(diǎn)平均月平均、最高和最低氣溫；（b）海拔低于1 500 米氣象站點(diǎn)平均月平均、最高和最低氣溫；（c）海拔高于3 500 米氣象站點(diǎn)年平均、最高和最低氣溫；（d）海拔低于1 500 米氣象站點(diǎn)年平均、最高和最低氣溫

圖9 2000—2016年MODIS地表溫度變化圖（a）白天平均地表溫度；（b）夜間平均地表溫度；（c）日夜平均溫差

圖10 2005年（a）和2015年（b）青藏高原南緣人口密度分布圖

從整個(gè)大區(qū)域來說，青藏高原人口密度也顯著低于南部平原區(qū)域，普遍在 50 人/平方公里以下，北部甚至存在大面積無人區(qū)；而南部平原印度和孟加拉國(guó)境內(nèi)人口密集，印度北部本身也是印度人口高密度區(qū)域之一。從2005 年與 2015 年對(duì)比來看，這 11 年期間北部青藏高原區(qū)域內(nèi)人口密度并未發(fā)生明顯變化，不丹人口變化也不大。印度、尼泊爾境內(nèi)，人口密度有所增大，特別是印度和尼泊爾的一些大城市人口密度上升。如尼泊爾首都加德滿都，人口密度由 2005 年的 8 000人/平方公里左右升高到 30 000 人/平方公里以上。說明研究區(qū)域的南部人類活動(dòng)加強(qiáng)。

3.3.2 夜間燈光

如圖 11 a 和 b 所示，1992 年青藏高原南緣整個(gè)區(qū)域的燈光覆蓋率僅為 3.1%。該區(qū)域內(nèi)，絕大部分燈光覆蓋分布在印度（81.02%），少部分分布在尼泊爾（17.59%）主要城市，不丹的燈光覆蓋占 1.23%，孟加拉占 0.17%，中國(guó)在該區(qū)域內(nèi)無燈光覆蓋。2013 年，青藏高原南緣整個(gè)區(qū)域的燈光覆蓋率為 10.8%（相當(dāng)于 1992 年的 3.5 倍）。其中，84.84% 的燈光覆蓋分布在印度，12.46% 分布在尼泊爾，2.27% 分布在不丹，0.28%分布在孟加拉，0.13% 分布在中國(guó)。

圖11c 為 1992—2013 年夜間燈光的線性變化趨勢(shì)，可見夜間有燈光覆蓋的區(qū)域中，96.1% 呈現(xiàn)出燈光數(shù)量增長(zhǎng)趨勢(shì)，2.6% 呈現(xiàn)出減小趨勢(shì)，1.3% 不變。顯著增長(zhǎng)的區(qū)域主要分布在研究區(qū)域西部的印度（81.02%）喜馬偕爾邦、烏塔蘭恰爾邦，以及研究區(qū)域中東部（尼泊爾與不丹之間）印度的錫金邦和西孟加拉邦，該結(jié)果與 Pandey 等[17]在印度喜馬偕爾邦和烏塔蘭恰爾邦 1992—2008 年描述的人工建筑擴(kuò)張結(jié)果一致。相對(duì)于 1992 年，2013 年青藏高原南緣的燈光覆蓋區(qū)域擴(kuò)張了約 2.5 倍。其中，印度擴(kuò)張的區(qū)域占總擴(kuò)張區(qū)域的 85.89%，尼泊爾占10.37%，不丹占 3.41%，孟加拉占 0.33%，中國(guó)占 0.18%。

4 結(jié)論

本文結(jié)合衛(wèi)星遙感和地面觀測(cè)，分析了青藏高原南緣的地形、土地覆蓋、植被、氣候和人類活動(dòng)等狀況及其近 30 年的變化，主要結(jié)果如下。

圖11 1992年（a）和2013年（a）青藏高原南緣夜間燈光分布及其變化情況（c）圖

（1）地表特征。青藏高原南緣海拔落差大、地形復(fù)雜，土地利用/覆蓋類型多樣，居民地占比最小，但近年來在中國(guó)藏南地區(qū)等區(qū)域有較顯著的增長(zhǎng)。區(qū)域植被以森林為主，植被主要分布在喜馬拉雅山南麓山區(qū)和東部，東部的植被狀況明顯好于中西部地區(qū)。1982 年以來，大部分地區(qū)植被狀況轉(zhuǎn)好，東部部分區(qū)域最大葉面積指數(shù)變化不大或有所減小，而中西部則普遍增大。

（2）氣候。區(qū)域降水南多北少，東多西少，降水集中在每年 6—9月，西部冬季受西風(fēng)帶影響也可出現(xiàn)降水高峰。中東部降水顯著減少，西部部分區(qū)域降水增加。區(qū)域地表溫度和氣溫北低南高，呈現(xiàn)出巨大的空間差異。該區(qū)域溫度顯著升高，高海拔區(qū)域、夜間溫度升高更快，日夜溫差在減小。

（3）人類活動(dòng)。區(qū)域人類活動(dòng)強(qiáng)度較低，人口密度低，南部人口密度大于北部。人工建筑稀疏、夜間燈光覆蓋較少。但在近年來人口和夜間燈光都呈現(xiàn)了增長(zhǎng)，且增長(zhǎng)多位于研究區(qū)域南部的印度及尼泊爾境內(nèi)。1992—2013 年間，夜間燈光覆蓋擴(kuò)展了 2.5 倍，覆蓋率由 3.1% 提高到10.8%。印度擴(kuò)張的區(qū)域占總擴(kuò)張區(qū)域的 85.89%。

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Change of Geographical Environment in Southern Margin of Tibetan Plateau since 1980s

Liu Ronggao Liu Yang Xu Xinliang Ge Quansheng
（Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China）

The southern margin of the Tibetan Plateau is located in a transitional zone between the plateau and the South Asia Sub-continent.It is also an intersectional region of the westerlies and the South Asia Summer Monsoon (SASM). This region is quite sensitive to the changes of global climate system and regional environment. Combined with satellite remote sensing and field observations, the inter-annual variability of natural and human geography conditions of the margin have been investigated. The results show that this region is covered mainly by forest (48.62%). The vegetation is mainly distributed in southern edge of the Himalayas and the eastern part of the region, with vegetation cover higher in eastern than in mid-western region. The precipitation is higher in the east than in the west and most of them occur in June to September. The population is quite scarce except for the southern edge. In recent 30 years, local environments present remarkable changes.In the natural environment, regional temperature rose especially at the higher altitude and during the nighttime, while precipitation rose in some western parts and decreased significantly in middle and eastern parts of the region. Due to the changes of temperature and precipitation,maximal leaf area index increases in the middle west while it is decreased in eastern part. In the cultural environment, the residential areas and population density increased in recent years, especially in middle-southern part in India and Nepal. The coverage of night light area hasextended 2.5 times from 1992 to 2013, while more than 85% extended light area is located in India.

Tibetan Plateau, southern margin, climate, land surface conditions, human activity, changes

his B.S. degree from Chengdu College of Geology, China, in 1993, and the M.S. degree and Ph.D. from Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, China, in 1996 and 2000, respectively. He is currently a professor with the Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences and the director of Data Center for Resources and Environment, Chinese Academy of Sciences. His research interests cover algorithms for parameters retrieval and development of processing system for global long-term remote sensing data. E-mail: liurg@igsnrr.ac.cn

*資助項(xiàng)目：中科院重點(diǎn)項(xiàng)目（ZDRW-ZS-2016-6-3）

修改稿收到日期：2017年9月10日

劉榮高 中科院地理科學(xué)與資源所研究員，博士生導(dǎo)師。中科院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心主任、資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，中國(guó)自然資源學(xué)會(huì)常務(wù)理事暨自然資源信息系統(tǒng)研究專業(yè)委員會(huì)主任。主要研究領(lǐng)域包括：全球遙感參數(shù)產(chǎn)品、資源環(huán)境遙感分析以及定量遙感反演關(guān)鍵基礎(chǔ)問題。E-mail: liurg@igsnrr.ac.cn