中国西北干旱区土地沙漠化敏感性时空格局

郭泽呈, 魏伟, 石培基, 周亮, 王旭峰, 李振亚, 庞素菲, 颉斌斌

Spatiotemporal changes of land desertification sensitivity in the arid region of Northwest China

GUO Zecheng, WEI Wei, SHI Peiji, ZHOU Liang, WANG Xufeng, LI Zhenya, PANG Sufei, XIE Binbin

表2 各本底指数的构建方法

Tab. 2 Construction methods of each background index

单一本底指数	计算公式	解释说明
地形本底指数	$TBI = \sqrt[]{{(E - E_{low})}^{2} + {(S - S_{low})}^{2} + {(A - A_{low})}^{2}}$	式中：E、S和A分别为海拔、坡度和坡向因子;E_low、S_low和A_low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(E_low, S_low, A_low)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^[22]。
土壤本底指数	$SBI = \sqrt[]{\begin{array}{l} {(SOMC - SOM C_{low})}^{2} + {(SEI - SE I_{low})}^{2} + \\ {(SSC - SS C_{low})}^{2} + {(SD - S D_{low})}^{2} \end{array}}$	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(SOMC_low, SEI_low, SSC_low, SD_low)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^{[18, 22]}。
水文本底指数	$\begin{array}{l} HBI = \\ \sqrt[]{{(DS - D S_{low})}^{2} + {(DR - D R_{low})}^{2} + {(DLR - DL R_{low})}^{2}} \end{array}$	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(DS_low, DR_low, DLR_low)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^{[20, 31]}进行计算得来的。
气候本底指数	$AI = \frac{P}{t^{0} + 10}$	式中：AI、P和t⁰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(AWV_low, AI_low, LST_low)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^[20]。平均风速可由气象数据集中直接获取,而本研究则采用de Martonne方法计算干燥度,其计算过程简单,数据容易获取,且经过实际应用后发现,在中国西北地区有较好的利用价值^[21]。
气候本底指数	$\begin{array}{l} CBI = \\ \sqrt[]{{(AWV - AW V_{low})}^{2} + {(AI - A I_{low})}^{2} + {(LST - LS T_{low})}^{2}} \end{array}$
植被本底指数	$VBI = \sqrt[]{{(NDVI - NDV I_{low})}^{2} + {(DR - D R_{low})}^{2}}$	式中：NDVI和DR为归一化植被指数和植被抗旱能力;基准点(NDVI_low, DR_low)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^[22]。