喜马拉雅中段柯西河流域土地覆被水平与垂直分布及其变化研究

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土地利用与土地覆被变化是陆地表层环境变化的主要动因,是全球变化研究领域的热点问题之一。土地覆被垂直带变化是对气候变化响应的指示器。柯西河流域位于喜马拉雅中段世界最高海拔区域,其脆弱的自然环境对气候变化尤为敏感。本文以该流域为研究区,应用3S(RS、GIS和GPS)和CA-Markov等技术与方法,结合遥感、野外调查和植被矢量图等多类数据,解译了研究区2000年土地覆被数据,修订了2010土地覆被数据,构建了1992-2010年的三期土地覆被矢量数据库。结合气候、地形和邻域数据,研究了区域土地覆被水平分布与山地垂直带组成和分布特点,分析了土地覆被变化及其动因,探讨了影响该区域土地覆被变化的主要驱动因素,模拟并分析了未来土地覆被分布格局及其变化趋势。主要结论如下:  (1)阐明了柯西河流域土地覆被现状构成与水平和垂直分布特点  柯西河流域土地覆被从流域源头至下游由冰川和雪被、裸地、稀疏植被、草地、湿地、灌丛、森林、农田、水域、建设用地等10类组成,以草地(占流域面积的25.83%)、森林(21.19%)、裸地(19.31%)和农田(15.09%)为主。流域南、北坡土地覆被类型组成与结构迥异。北坡以草地、裸地和冰川分布为主,南坡以森林、农田和裸地为主;草地在北坡的分布面积远高于南坡,二者比例是6.67∶1,而森林面积的97.13%分布在南坡。从土地覆被的垂直向来看,南北坡类型差异巨大,南坡土地覆被类型系统多样且垂直分布幅度宽、而北坡以极高海拔类型为主且分布幅度窄,对同类型而言,南坡分布高程幅度宽而北坡窄,南坡分布高程常低于北坡。在样带和剖面分析中,南坡面积略高于北坡的面积,森林、灌丛、水体、农田和建设用地等以南坡分布为主;北坡以草地、稀疏植被、沼泽湿地和裸地分布为主。根据各类型分布面积比随海拔变化的模态,将土地覆被类型在南北坡上的垂直分布模式划分为:单无峰型、单峰分布型、单双峰复合分布型、双峰型等四大类五小类。如冰川雪被、稀疏植被、草地为单峰分布型;裸地为南单峰北双峰的分布型。  (2)1992-2010年,柯西河流域土地覆被结构总体稳定,对气候和人类活动敏感的类型变化明显,且各类型变化动因不同  1992-2010年,流域土地覆被变化表现为:草地、雪被和冰川、常绿阔叶林等面积减少明显,其中草地减少最多(减少了1070.86km2)、冰川雪被次之(减少了899.73km2);面积增加较大的依次为裸地、农田和稀疏植被,其中,面积增幅最大的是建设用地(增加约10倍)。从转化过程来看,约6.61%的高寒草地退化为裸地,高海拔区雪被和冰川约19.84%的演变为裸地,约23.20%的森林转变为农田。从贡献率来看,森林对农田的贡献率约31.89%,农田对建设用地的贡献率达75.96%。  农田扩张主要受平均降水量和平均温度的影响,跟温度呈负相关,降水量呈正相关,且农田扩张逐渐向较高海拔和较大坡度的区域转移。森林减少的主要解释变量为平均降水量、坡向、距离道路和距居民点距离。森林减少主要发生在南坡、东坡且平均降水量低,远离道路,靠近居民点的区域。草地收缩的主要解释变量为距离居民点距离、平均降水量、平均温度、高程和坡向。主导因子主要是温度和降水,平均温度每增加1℃,草地收缩的概率增加4倍左右,平均均降水量每降低1mm,草地收缩的概率增加2.9倍。所以,在平均温度高和平均降水量低的区域草地收缩概率大,且草地收缩偏好发生在远离居民点,低海拔的西坡和东坡上。冰川减少的主要解释变量为坡度、平均温度和平均降水。冰川减少主要发生在坡度大于35°的区域,平均温度和平均降水量是冰川减少的主控因子,在平均温度高和平均降水量低的区域冰川减少概率高。  (3)柯西河流域南、北坡土地覆被变化驱动因素各异  北坡草地减少趋势明显,1992-2010年北坡草地收缩的重要解释变量有温度变化、降水量变化、高程、人口密度和距道路距离;北坡草地减少主要发生在温度升高,降水量减少,人口增加的较高海拔区域。南坡农田呈显著增加趋势。南坡农田扩张的主要影响因子为坡度、高程、降水量变化、人口密度和温度变化等,在温度升高、降水量减少,人口密度低的较高海拔区域,农田发生变化的概率增大。森林减少主要受高程、人口密度、距道路和居民点距离和坡向等因子影响;人口密度增加、远离道路的较低海拔区域,森林减少的概率增加。北坡冰川减少主要受温度变化、距河流距离和高程的影响;冰川减少主要发生在温度升高,靠近河流的较低海拔区域。南坡冰川减少的重要解释变量有高程、坡度、温度变化和降水量变化;冰川减少主要发生在温度升高,降水量减少的较低海拔的较大坡度的区域。  (4)模拟发现,未来农田、建设用地和高海拔区裸地面积持续增加,草地和冰川雪被的面积持续减少  2030年和2050年柯西河流域土地覆被格局模拟结果为:裸地、农田和建设用地面积持续增加,农田增加的速度逐渐减缓、建设用地增加的速度加剧;草地和冰川雪被的面积持续减少。2010-2030年,农田、裸地、湿地和建设用地面积增加明显;森林、草地、冰川雪被等面积减少。2030-2050年,裸地、农田、建设用地、稀疏植被和减少用地等面积增加,其中裸地面积增加最大,建设用地的增幅最大。面积减少的覆被类型主要有草地、森林、冰川雪被和湿地。
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