地理学报 ›› 2020, Vol. 75 ›› Issue (9): 1948-1965.doi: 10.11821/dlxb202009010
郭泽呈1(), 魏伟1(
), 石培基1, 周亮2,3, 王旭峰4, 李振亚1, 庞素菲1, 颉斌斌5
收稿日期:
2019-07-25
修回日期:
2020-05-13
出版日期:
2020-09-25
发布日期:
2020-11-25
通讯作者:
魏伟
作者简介:
郭泽呈(1996-), 男, 安徽亳州人, 硕士生, 研究方向为环境遥感与GIS应用。E-mail: 基金资助:
GUO Zecheng1(), WEI Wei1(
), SHI Peiji1, ZHOU Liang2,3, WANG Xufeng4, LI Zhenya1, PANG Sufei1, XIE Binbin5
Received:
2019-07-25
Revised:
2020-05-13
Online:
2020-09-25
Published:
2020-11-25
Contact:
WEI Wei
Supported by:
摘要:
土地沙漠化敏感性评估是沙漠化监测的重要内容之一,也是研究如何防止和治理沙漠化的重要课题。本文以中国西北干旱区作为研究区,利用遥感技术和GIS空间分析技术为支撑,通过构建“土壤—地形—水文—气候—植被”沙漠化敏感性综合评价指标体系,并借助空间距离模型计算了沙漠化敏感性指数,进而定量评估2000年、2005年、2010年和2017年西北干旱区土地沙漠化敏感性的时空演变特征,在此基础上引入地理探测器等方法对其主要驱动因素进行了深入分析。研究结果表明:① 地形、土壤、气候、植被和水文等5个方面相互影响,彼此制约,共同构成中国西北干旱区沙漠化敏感性分布和变化的本底条件;② 西北干旱区沙漠化敏感性总体上呈现周边低、内部高的分布特征,低敏感区主要分布在阿尔泰山、天山、昆仑山、阿尔金山和祁连山等地,而高敏感区则主要分布在准噶尔盆地、塔里木盆地和内蒙古高原等大部分地区,包括塔克拉玛干沙漠、巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠腹地。沙漠化敏感性的空间分布具有显著的区域性,高敏感区和低敏感区界限分明、分布集中;③ 从时空演变看,2000年以来沙漠化敏感性变化以稳定型占据主导,而整体上敏感性表现为缓慢降低趋势,说明潜在沙漠化区域逐年减少,区域沙漠化治理工作取得了一定成效;④ 西北干旱区的各驱动因素中,土壤及气候起直接作用,是最主要的影响因素,而植被是改变沙漠化敏感性最活跃、最基本的因素。除此之外,地形的分布和水文的变化对沙漠化敏感性起到一定的限制作用,而社会经济因素是影响区域沙漠化敏感性最为快速的因素,且经济发展对促进区域沙漠化敏感性的增长作用有逐渐加强的趋势。从整体来看,中国西北干旱区土地沙漠化得到了有效遏制,沙漠化治理工作取得了积极成效,但在全球气候变化加强和社会经济发展进入新常态的大背景下,中国沙漠化监测评估和治理工作仍然任重而道远。
郭泽呈, 魏伟, 石培基, 周亮, 王旭峰, 李振亚, 庞素菲, 颉斌斌. 中国西北干旱区土地沙漠化敏感性时空格局[J]. 地理学报, 2020, 75(9): 1948-1965.
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表2
各本底指数的构建方法"
单一本底指数 | 计算公式 | 解释说明 |
---|---|---|
地形本底指数 | 式中:E、S和A分别为海拔、坡度和坡向因子;Elow、Slow和Alow分别为由海拔、坡度和坡向构成的三维空间中代表的在这3个维度上敏感性程度最低值,下同;基准点(Elow, Slow, Alow)为(0, 0, 0),TBI值越大,代表在地形这个因子层面上土地沙漠化敏感性越高。其中海拔是基于数字高程模型(DEM)直接获取,坡度和坡向则是借助ArcGIS 10.2中Slope和Aspect工具进行提取。坡向按敏感性由低到高排序为:平地<西、西北和北<东北和东<东南、南和西南,分别赋值为1~4[ | |
土壤本底指数 | 式中:SOMC、SEI、SSC和SD分别为土壤有机质含量、土壤侵蚀强度、土壤含砂量和土壤深度;基准点(SOMClow, SEIlow, SSClow, SDlow)为(0, 0, 0, 0),SBI值越大,其土壤基底条件越差,土地沙漠化敏感性程度就越高。其中土壤有机质含量是根据世界土壤数据库中的土壤有机碳除以0.58换算得来;土壤侵蚀强度根据微度侵蚀、轻度侵蚀、中度侵蚀、强度侵蚀、极强度侵蚀和剧烈侵蚀6种侵蚀类型等级,分别赋值为1~6;土壤含砂量由中国科学院资源与环境科学数据中心提供;土壤深度则根据土壤类型定量化而来[ | |
水文本底指数 | 式中:DS、DR和DLR分别为距冰川雪地距离、距主要河流距离和距湖泊水库距离;基准点(DSlow, DRlow, DLRlow)为(0, 0, 0),HBI值越大,代表区域水资源量越低,其土地沙漠化沙漠化敏感性就越高。其中距冰川雪地、主要河流和湖泊水库的距离是借助ArcGIS 10.2中Euclidean distance工具[ | |
气候本底指数 | 式中:AI、P和t 0分别为干燥度、年平均降水量和年平均气温;AWV和LST分别为平均风速和地表温度;基准点(AWVlow, AIlow, LSTlow)为(0, 0, 0),CBI值越大,代表着气候条件越恶劣,土地沙漠化敏感性越高。其中,地表温度为MODIS数据产品,干燥度和平均风速利用研究区及周边112个气象站点提供各年份的站点数据,并采用克里金插值法(Kriging)插值得到空间分布图[ | |
植被本底指数 | 式中:NDVI和DR为归一化植被指数和植被抗旱能力;基准点(NDVIlow, DRlow)为(0, 0),VBI值越大,代表植被覆盖越低,沙漠化敏感性越高。其中归一化植被指数来源于MODIS数据产品,而植被抗旱能力是根据植被类型定量化提取,按沙漠化敏感性由低到高排序为:阔叶林、针叶林、针阔叶混交林和水域<沼泽、栽培植被、高山植被和灌丛<草原、草甸、牧场和草丛<荒漠、岩石和无植被覆盖区,分别赋值为1~4[ |
表4
敏感性转换类型分类"
转换类型 | 代码 | 赋值 | 说明 |
---|---|---|---|
稳定型 | 1111 | 1 | 2000—2017年,敏感类型未发生变化 |
增加型 | 0001, 0111, 0011 | 2 | 2000—2017年,敏感类型由其他类型转化而增加 |
减少型 | 1000, 1100, 1110 | 3 | 2000—2017年,敏感类型逆转为其他类型而减少 |
波动稳定型 | 0010, 0100, 0110, 1001, 1011, 1101 | 4 | 2017年相对于2000年敏感类型未发生变化,在2005和2010年呈波动性变化 |
波动增加型 | 0101 | 5 | 2017年相对于2000年该敏感类型有所增加,在2005和2010年呈波动性变化 |
波动减少型 | 1010 | 6 | 2017年相对于2000年该敏感类型有所减少,在2005和2010年呈波动性变化 |
其他 | 0000 | 0 | 其他沙漠化敏感类型 |
表5
沙漠化敏感性整体转换类型分类"
赋值 | 代码 | 含义 |
---|---|---|
1 | 00001 | 敏感性类型一直为极度敏感 |
2 | 00010 | 敏感性类型一直为高度敏感 |
3 | 00023, 00056 | 敏感性类型由极度敏感转化为高度敏感 |
4 | 00044 | 敏感性类型在极度敏感和高度敏感间波动转换 |
5 | 00032, 00065 | 敏感性类型由高度敏感逆转为极度敏感 |
6 | 00100 | 敏感性类型一直为中度敏感 |
7 | 00230, 00560 | 敏感性类型由高度敏感转化为中度敏感 |
8 | 00440 | 敏感性类型在高度敏感和中度敏感间波动转换 |
9 | 00320, 00650 | 敏感性类型由中度敏感逆转为高度敏感 |
10 | 01000 | 敏感性类型一直为轻度敏感 |
11 | 02300, 05600 | 敏感性类型由中度敏感转化为轻度敏感 |
12 | 04400 | 敏感性类型在中度敏感和轻度敏感间波动转换 |
13 | 03200, 06500 | 敏感性类型由轻度敏感逆转为中度敏感 |
14 | 10000 | 敏感性类型一直为不敏感 |
15 | 23000, 56000 | 敏感性类型由轻度敏感转化为不敏感 |
16 | 44000 | 敏感性类型在轻度敏感和不敏感间波动转换 |
17 | 32000, 65000 | 敏感性类型由不敏感逆转为轻度敏感 |
表6
自然因素地理探测结果"
本底指数 | 2000年 | 2005年 | 2010年 | 2017年 | ||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
q值 | p值 | q值 | p值 | q值 | p值 | q值 | p值 | |
土壤本底指数 | 0.714 | 0.000*** | 0.710 | 0.000*** | 0.712 | 0.000*** | 0.715 | 0.000*** |
地形本底指数 | 0.311 | 0.000*** | 0.322 | 0.000*** | 0.308 | 0.000*** | 0.301 | 0.000*** |
气候本底指数 | 0.704 | 0.000*** | 0.710 | 0.000*** | 0.710 | 0.000*** | 0.711 | 0.000*** |
水文本底指数 | 0.435 | 0.000*** | 0.431 | 0.000*** | 0.433 | 0.000*** | 0.417 | 0.000*** |
植被本底指数 | 0.612 | 0.000*** | 0.610 | 0.000*** | 0.608 | 0.000*** | 0.609 | 0.000*** |
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