吉林省西部盐碱化区热力景观特征分析

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  摘要吉林省西部地区的生态问题以湿地退化的盐碱化闻名,已严重影响到区域的生态环境与社会经济可持续发展。该区域的盐碱化是否会与国内外其他生态退化区一样,成为热力洼地型的盐尘暴源地,危及吉林省乃至黑龙江省的农业区的生态安全与社会经济的可持续发展,这个问题需进行必要的科学评估。利用2000~2013年的MODIS归一化植被指数、地表温度、雪盖等数据产品,采用长时间序列分析和地理空间相关性原理方法,计算了MODIS表征地表储热性能的昼夜地温指数。结果显示,盐碱化区域没有形成热力洼地,冬半年的雪盖和云的分布也显示盐碱退化区并未“干涸”。该区域需要注意控制好地下水水位,防止真正的热力洼地的出现。
  关键词盐碱化;热力洼地;沙尘暴;遥感;吉林省西部
  中图分类号S181.3文献标识码A文章编号0517-6611(2015)10-251-03
  AbstractThe wellknown salinization of wetland degradation in West Jilin has seriously impacted the sustainable development of regional ecological environment and socioeconomy. Careful scientific evaluation is needed to make it clear that whether these salinization areas could become the source of thermal depressions salt dust storms just like other ecological degradation areas in the world to jeopardize the sustainable development of ecosecurity and socioeconomy of the agriculture areas in Jilin and even Heilongjiang. This study calculates MODIS day and night land surface temperature representing heat storage properties of the earth’s surface by using data products of 2000-2013 like MODIS NDVI, land surface temperature and snow cover, applying long time series analysis and geospatial correlation methods. The result shows that thermal depressions have not formed in the salinization areas, and the distribution of snow cover and cloud in winter half year also shows the salinization areas have not dried up. This area is needed to well control the ground water level to avoid real thermal depressions.
  Key wordsSalinization; Thermal depressions; Dust storms; Remote sensing; West Jilin Province
  关于吉林省西部盐碱化的生态问题,学者们已有较多的研究。认为该区域为生态脆弱的农牧交错带,其生态退化的主导原因为外部气候因素,人为扰动加剧了区域生态退化的进程[1-2]。虽然全球的气候和区域的气候要素变化曲线能为这种观点提供支持,但这些退化区域也不乏年降水量达600 mm的地区,这和典型的农牧交错带的年降水量并不完全相符,而且该区以农业特征为主,牧业并不占主导。年林丰等的研究显示,吉林省西部地区的盐碱化与国内外其他区域盐碱化形成的原因一致,认为地质条件形成的盐碱层经过人类对湿地的开发而暴露出来,是引起该区盐碱化发生的一个重要原因[3-5]。这种内因成因的观点有地质上的证据支持,如果吉林省西部的盐碱化均是这种类似潘多拉魔盒的效应,那么随着气候的干旱化,大量的盐碱被风力侵蚀搬运形成盐尘暴向东部地区输送,必将使得这种潘多拉魔盒效应影响到更远的地方,形成更多的盐碱地。匡耀求等的研究认为,干涸的河流和湖泊形成的热力洼地牵引下沉气流,对干涸河湖床上的沉积物进行侵蚀搬运传输,使得热力洼地区成为沙尘暴的源地[6-7]。引发沙尘暴的热力洼地呈现白天为热力高地,夜晚为热力洼地的性质。吉林省西部地区现在是不是热力洼地?会不会成为沙尘暴的源地?是否有导致吉林省东部甚至黑龙江省的农田盐碱化的可能,从而造成影响远超过该区的生态灾难?这些问题关乎我国粮仓的安全和区域甚至我国的可持续发展。笔者利用长时间序列的卫星遥感数据,对吉林省西部的生态退化区的热力景观特征和成因机制进行了研究,并对防止出现区域性盐尘暴提出了生态控制思路和建议。
  1研究区概况
  吉林省西部位于松嫩平原的中部,辽河平原的北端,属于半干旱、亚湿润农牧交错地带,是松辽平原农业区向西部草原牧区过渡地带。该区大部分属于温带半湿润气候,西部小部分属于温带半干旱气候。热量资源较为丰富,年降水量在370~407 mm,年蒸发量1 500~1 900 mm,≥10 ℃的年活动积温总和为2 900~3 200 ℃,湿润系数为0.15左右。全区以西北风和西南风为多,一般冬春干燥季节风速最大,平均为4.5 m/s。该区地带性土壤为黑栗钙土,但盐碱化草甸土及风沙土分布广泛,在植被类型上属于由草甸草原向真草原过渡的地带。吉林省西部曾经是水草丰美的大草原,但由于人口剧增和对自然资源的过度开发,人类活动对生态环境的干扰强度日益增大,土地沙漠化、盐碱化和草场退化面积逐年增加,植被覆盖面积锐减。   吉林省西部行政上包括白城市洮北、大安、洮南、镇赉、通榆,松原市宁江、扶余、前郭尔罗斯、乾安、长岭10个县(市、区)。土地总面积为4 689 752 hm2,占吉林省总幅员面积的24.54%。2011年该区域总人口 494.68万人,地区生产总值达1 915.54亿元,人均生产总值为8 875元,人均产粮食2 080 kg,可为区外提供1 500万人的口粮。
  2数据与方法
  2.1数据
  为了揭示吉林省西部生态环境状况,该研究从美国国家地质调查局(USGS)的https://mrtweb.cr.usgs.gov/网站获取研究区2000~2013年MODIS Terra和2002~2013年MODIS Aqua的月值归一化植被指数(NDVI)数据;为了研究该区的热力景观特征,从https://mrtweb.cr.usgs.gov/网站获取Aqua MODIS 2003~2013年1和3月的8 d合成的白天和晚上地表温度产品数据;为了探讨研究区的地表和大气的湿度状况,收集了Aqua MODIS 2002~2013年每年10月~次年3月的8 d合成的雪覆盖产品(MYD10A2)数据。
  2.2数据处理方法
  2.2.1吉林省西部生态状况信息提取。
  为了获取吉林省西部生态退化区的分布状况,需要突出每年最好植被覆盖状态并且尽量压制气候的年变化等因素造成的波动。该研究对MODIS NDVI产品(基于最大值合成算法)进行了每年的最大值合成运算,得到年最大值NDVI,然后对所有年份的年最大值合成的NDVI求均值运算,双星的产品分别运算,最后将两个星的多年合成的平均NDVI求算术平均值,得到吉林省西部地区的多年合成NDVI数据。
  2.2.2吉林省西部地区地温指数提取。
  对地表物质的储热性能影响最大的因素为水分,而水分含量的多少决定着盐碱化区是否会成为热力洼地的关键因素。因而,需要选择指标突出反映地表的含水状况。为此,该研究选取冬春之交季节的Aqua MODIS的白天和夜晚产品,以更好地突出尚未有大量绿色植被影响的夜晚地表本底辐射(不用考虑太阳辐射)和减少植被的影响。而白天(北京时间13:00~15:00)的地表温度与晚上的温度差可以反映出地表吸收和释放太阳辐射的能力,可以通过地表储热性能推断地表的水分状况。由于这个温差不是标准的温度日较差,这里将其称为表征地表储热性能的地温指数。
  2.2.3吉林省西部地区冬半年积雪和云覆盖信息提取。
  积雪和云均是大气中不同水汽的相变产物,而地表是大气最主要的热源和重要的水源。因而,下垫面的积雪状况和大气云量状况可以反映出地表的湿度状况。该研究对吉林省西部冬半年的Aqua MODIS 2002~2013年8 d合成的雪盖产品(含云覆盖产品)进行二值化处理,然后进行时间序列方法中的求和运算,得到两者的12年间的累积次数,用以研究吉林省西部近年来的下垫面湿度状况。
  3结果与分析
  3.1生态退化区分布特征
  图1中的NDVI为年最大值的多年平均,体现了水热状况最佳期的植被生长状况。在多年最大值平均状态下,NDVI在0.38附近是生态退化的临界点,<0.38的主要是城市、水域和生态退化区域。吉林省西部地区的植被生态较差的地区主要分布在白城地区,松原相对好。在县级行政单元上,大安市、镇赉县、通榆县较差。
  3.2热力景观分布特征
  3月接近吉林省西部的冬春之交,是植被覆盖度低、积雪覆盖度也比较低的月份,地表的热力状况可以较好地反映出固体地球内部的热力性状。另外,3月的地表温度比较接近当地地下常温层温度和当地多年平均气温(通常与4月的平均气温一致),此时寒流控制相对弱,控制吉林省西部地区的盛行风西南风发生转向变为西风。这期间也是垂直气流开始活跃的时候,是一年中沙尘暴开始频发的月份。Aqua MODIS 记录的夜晚温度基本上不受太阳辐射的影响,主要反映地表本身释放热辐射的能量亏损过程,主要的能量来自地表覆盖物储存的热量和地下来自地球内部热流的贡献。该区有深厚的沉积和冲积物,粘土矿物的导热性能差,加之地层中有储油层的影响,来自地下的热流对表层的影响相对较小。因而,Aqua MODIS记录的后半夜地表温度相对于植被生态系统来说接近它的背景辐射。
  从图2吉林省西部地区的地表背景辐射温度形成的热力景观来看,东南部松原地区的温度相对西部的白城高,呈现为热力高地的特征;图2中的热力高地主要为城镇、水域、森林、高山冰雪消融带等含有一定水分的区域;特别值得注意的是盐碱化的地区没有呈现典型的热力洼地,反而呈现了热力高地的性质。
  图2反映出地热表现出三级台阶的特征,西南部(通榆县、乾安县、长岭县、前郭尔罗斯和松原市宁江区西部)地热较高,中部(洮南市南部、大安市和扶余县)中等,北部(洮南市北部、白城市和镇赉县)较低,尤其是镇赉县,已经表现出热力洼地的特征,而且出现了生态退化的迹象,有可能引发沙尘暴。
  相比3月的夜晚热力景观,白天的热力景观与多年平均的NDVI呈现出更好的对应关系(图3)。湿地及湿地退化区域呈现出热力洼地景观,可见,在受白天太阳辐射影响而升温的过程中,生态退化区的升温相对周围裸土农田区和山区并不剧烈,这与导致沙尘暴的热力洼地特征并不相符。
  同时考虑到白天获取太阳辐射热流升温与夜晚放热亏损过程,利用地温指数观察地表的储热性能变化形成了热力景观图(图4)。不难发现,河湖湿地区一级盐碱化的地区表现出相似的热力性质,即温度变化不剧烈,见图4中蓝色区域。这说明盐碱化区域并非干涸的河湖沉积物,表层具有一定的水分。
  由图2~4可以初步判断,盐碱化区域没有进入干涸状态,不具备导致沙尘暴启动的热力洼地特征,反而呈现了热力高地性状。   3.3雪覆盖特征
  为了进一步确认吉林省西部地区的盐碱化区域是否仍具有湿地区域的热力性质,可根据该区域降水分布情况来分析。降水中降雨数据的长时间序列空间连续的数据难以获取,而降雪可以滞留于地表,可以被卫星遥感获取。通过记录2002~2013年的遥感获取的最大雪覆盖区域的累积次数分布(图5),可以清楚地发现同为夜晚热力高地的城市区域雪盖低,这与城市的热岛效应和人为清理有关,而湿地和盐碱化区域呈现了比较高的积雪覆盖,即累积图中白色至绿色的区域。这说明大安市和乾安县等盐碱化区域具备相似的雪覆盖特征。而同样的受人类影响小的周围区域呈现了迥然不同的累积次数,这也与降水易发生在下垫面湿润地区有关。
  3.4云覆盖特征
  大气的云是水汽的凝结物。对于地形起伏接近,海拔高度接近的区域,云的累积次数数据也是不同的。从吉林省西部地区冬半年云覆盖累积次数分布图(图6)中可知,盐碱化区域云的累积次数仍然很高,而旱地区域的累计次数最低,面积大的湖泊累积次数也比较低,但是在湖泊边缘累计次数很高。这可能与大面积水体呈现的热力性质有关,云多形成在温度和湿度差异最显著、切变强、湍流强烈的地方。
  从遥感获取的积雪覆盖和同期云覆盖的长时间累积状况,可以进一步确认吉林省湿地盐碱化地区没有呈现干涸热力洼地的性质,而是有一定水分的热力高地。
  4结论与建议
  通过吉林省西部地区热力景观的分析,可以初步确认该区的盐碱化不同于华北平原干旱状态的盐碱化,而是处于湿润状态下的盐碱化。这可能与当地的内源性的地质因素有关,从而导致不同于其他干旱区的盐碱化阶段出现致沙尘暴的热力洼地特征,反而呈现了热力高地的一些特性。
  吉林省西部盐碱化地区的热力高地特征不代表该区域以后就不会发生沙尘暴源的情况;笔者正在进行的研究已发现该区域已有小规模不频发的区内起沙情况。因而需要在
  治理盐碱化的同时,务必控制好地下水的水位,不能过度开采地下水。一旦形成地下漏斗,地表盐碱化地区会演变为真正的干涸湖床,从而形成诱发沙尘暴的热力洼地。
  参考文献
  [1] 张殿发,王世杰.吉林西部土地盐碱化的生态地质环境研究[J].土壤通报,2002,33(2):90-93.
  [2] 刘志明,晏明,何艳芬.吉林省西部土地盐碱化研究[J].资源科学,2004,26(5):111-118.
  [3] 林年丰,汤洁.松嫩平原环境演变与土地盐碱化、荒漠化的成因分析[J].第四纪究,2005(4):474-483.
  [4] 林年丰,汤洁,斯蔼,等.松嫩平原荒漠化的EOS-MODIS数据研究[J].第四纪研究,2006(2):265-273.
  [5] 林年丰,BOUNLOM V,汤洁,等.松嫩平原盐碱土的形成与新构造运动关系的研究[J].世界地质,2005(3):282-288,311.
  [6] 匡耀求,黄宁生.热力洼地与沙尘暴的形成[J].科学,2006,58(5):19-22.
  [7] 刘宇,匡耀求,吴志峰,等.不同土地利用类型对城市地表温度的影响——以广东东莞为例[J].地理科学,2006(5):5597-5602.
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