新疆荒漠化動(dòng)態(tài)變化分析*

王 勇，沙依然

（烏魯木齊氣象衛(wèi)星地面站，新疆 烏魯木齊 831000）

荒漠化是指包括所有氣候變異和人為活動(dòng)在內(nèi)的種種因素造成的干旱、半干旱地區(qū)的土地退化。新疆地處中國(guó)的西北邊陲，東西長(zhǎng)2 000 km，南北寬約 1 650 km，土地面積 166.498 7 萬(wàn) km2，約占全國(guó)陸地面積的六分之一，同時(shí)新疆地域遼闊，自然條件復(fù)雜，荒漠化面積分布廣、類型多。干旱少雨、水資源匱乏、森林稀少、植被覆蓋率低、沙漠戈壁面積大、土地沙質(zhì)荒漠化、土壤鹽漬化明顯等原因使其生態(tài)環(huán)境具有脆弱性特征[1-2]。在這種生態(tài)環(huán)境背景下，自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，嚴(yán)重地困擾著區(qū)域可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施[3]。因此，對(duì)荒漠化的監(jiān)測(cè)工作十分有必要。衛(wèi)星遙感技術(shù)的迅速發(fā)展為荒漠化等環(huán)境災(zāi)害監(jiān)測(cè)研究提供了理論與技術(shù)支撐。遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)具有信息量大、觀測(cè)范圍廣、精度高和速度快等優(yōu)點(diǎn)，高空間和時(shí)間分辨率的衛(wèi)星遙感能夠?qū)崿F(xiàn)荒漠區(qū)域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和模擬分析，更是開(kāi)展荒漠化研究的有效途徑。

1 新疆荒漠化時(shí)空動(dòng)態(tài)分析

在荒漠化監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)模型中，可運(yùn)用遙感信息模型或地理復(fù)雜模型來(lái)建立集成物理機(jī)理與經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的混合模型—荒漠化遙感信息模型，實(shí)現(xiàn)運(yùn)用遙感監(jiān)測(cè)進(jìn)行荒漠化程度的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

由荒漠化成因分析可知，荒漠化是植被圈、土壤圈和大氣圈共同作用的結(jié)果， 因此， 選用MSAVI、反照率、地表溫度、植被蓋度和土壤濕度等指標(biāo)建立基于定量地表參量的荒漠化指數(shù)，從而進(jìn)行荒漠化土地信息提取。荒漠化土地定量遙感指標(biāo)參數(shù)確定之后，就可根據(jù)具體指標(biāo)遙感反演結(jié)果，提取荒漠化信息。

本研究采用 2007 年 1 月至 2016 年 12 月MODIS 數(shù)據(jù)的16 d 周期的數(shù)據(jù)反演各種荒漠化建立指標(biāo)，指標(biāo)參數(shù)包括增強(qiáng)植被指數(shù)、植被覆蓋度、地表反照率、地表溫度、土壤含水率等。采用決策樹(shù)分類器進(jìn)行分類，利用分類回歸樹(shù)（CART）算法生成決策樹(shù)分類規(guī)則。將生成的決策樹(shù)分類規(guī)則分別得到10 年研究區(qū)域的荒漠化程度及分布區(qū)域，得到極度沙化、重度沙化、中度沙化、極度荒漠化、重度荒漠化、中度荒漠化、輕度荒漠化的分類結(jié)果。

通過(guò)分析得出，近10年新疆荒漠化程度穩(wěn)定區(qū)域分布規(guī)律除了水體、永久性冰雪、裸地這些未發(fā)生變化的區(qū)域外，主要的荒漠化區(qū)域分布在北疆準(zhǔn)格爾盆地的西、東緣和東疆的大部分區(qū)域，沙化區(qū)域分布在塔里木盆地中部。

由圖1和圖2可以看出，近10年研究區(qū)域荒漠化沙化區(qū)域的總覆蓋率變化率，荒漠化沙化總覆蓋率2007—2009年正距平，呈偏大的趨勢(shì)，從2010年以后除了2011年和2014年外其他時(shí)間段呈減少的趨勢(shì)，其中荒漠化面積2007—2009年明顯偏大，從2010 年以后除了2014 年均明顯偏?。?沙化面積2007—2010 年偏小，2011 年以后除了 2014 年和2015年偏小外，其余時(shí)間段明顯偏大。

圖1 新疆區(qū)域2007—2016 年不同程度的荒漠化區(qū)域覆蓋率

圖2 新疆區(qū)域2007—2016 年不同程度荒漠化區(qū)域覆蓋率

圖3 新疆區(qū)域2007—2016 年植被覆蓋率面積

圖4 新疆區(qū)域2007—2016 年有效植被覆蓋率變化

2 新疆植被覆蓋率時(shí)空動(dòng)態(tài)分析

通過(guò)分析可以看出，研究區(qū)域近10 年植被覆蓋率分布狀況，其中覆蓋率小于15%的區(qū)域大部分分布在古爾班通古特沙漠南緣，由于該區(qū)域內(nèi)冬季形成積雪，保持著一定的土壤含水率，因而生長(zhǎng)著大量的早春短命植物，它們?cè)? ～5 月萌動(dòng)發(fā)芽，在3 個(gè)月左右的時(shí)間內(nèi)完成整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程，因此，該區(qū)域出現(xiàn)大面積的低覆蓋率植被。覆蓋率大于45%的區(qū)域大部分分布在阿爾泰山脈、天山山脈、塔爾巴哈泰山脈及塔里木河、阿克蘇河、葉爾羌河流域。

由圖3和圖4可以看出，研究區(qū)域近10年植被覆蓋率變化狀況，其中覆蓋率小于15%的植被近10年除了 2007 年、2009 年、2010 年、2014 年偏大外，其余年份偏小，覆蓋率大于16%的區(qū)域近10 年除了 2007 年、2009 年、2010 年和 2016 外其余年份明顯偏大。

3 討論

荒漠化是氣候、地質(zhì)地貌、植被、人類活動(dòng)等復(fù)雜因素共同作用的結(jié)果，有些成因已經(jīng)清楚，有些還認(rèn)識(shí)不夠。自從聯(lián)合國(guó)荒漠化公約制定以來(lái)，荒漠化問(wèn)題得到了比較好的研究。隨著全球變化帶來(lái)的一系列新問(wèn)題以及生態(tài)環(huán)境承載的巨大人口與環(huán)境壓力，新一輪的荒漠化研究在國(guó)際或國(guó)內(nèi)上得到了重視?；哪男纬伞⒀葑兣c發(fā)生是在一定的自然地理環(huán)境下逐步發(fā)展而成的，自然驅(qū)動(dòng)力與人為活動(dòng)對(duì)土地荒漠化的發(fā)生均具有重要作用。本研究采用的數(shù)據(jù)為近10年，尚不足以將荒漠化沙化趨勢(shì)對(duì)短周期的氣候波動(dòng)響應(yīng)很好地區(qū)分開(kāi)來(lái)，后續(xù)還有待進(jìn)一步研究。