干旱区资源与环境
    主页 > 期刊导读 >

巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地景观格局季相变化分

湿地景观格局是指大小、形状和类型不一的湿地景观斑块在空间上的排布,是多种生态水文过程在不同尺度上耦合作用的结果,具有显著的景观异质性[1-3]。湿地景观格局的变化对湿地生态系统的能量流动、物质循环、物种迁移等生态过程具有重要影响[4-5]。因此,研究湿地景观格局动态演化特征及其驱动因子,对湿地的生态过程和生态功能理解具有重要理论意义,也为湿地资源的管理和决策提供科学参考。据世界经济合作与发展组织统计,1900 年以来全球近50%的湿地消失[6],在全球气候变化以及经济快速发展的背景下,全球湿地呈现退化的趋势[7]。据报道,近30 年我国湿地也处于退化的态势,湿地面积减少约33%[8]。自然因素(降水、气温等)是湿地景观格局演变的重要驱动因素,从过程和尺度讲,水热因素的周期波动以及异常复杂因素在过程和尺度层面的变动,致使湿地景观格局在不同尺度上发生变化[9-10]。在当前湿地退化背景下,对于气候变化较为敏感的高寒湿地,尺度的选择是掌握湿地景观格局演化特征的关键所在。

近年来,国内外学者利用遥感数据对湿地景观格局年际变化进行了大量报道。研究得出:人口增加是致使1972—2013 年艾比湖湿地面积减少的主导因素[11];鄱阳湖水位变动与2000—2010 年鄱阳湖春季湖水面积变动趋势一致[12];人为干扰是导致1955—2010 年间小三江平原湿地面积减少的主导原因[13];1979—2013 年黄河三角洲潮间带不同类型湿地的景观格局及其动态变化受自然因素与人为因素的双重影响[14];自然因素(气温、降水)影响1985—2015 年间南四湖湿地景观格局脆弱度的空间分布,人为因素(社会经济活动、政策体制)是其脆弱度恶化的主要原因[15]。在这些研究中,受天气质量的影响,所选取的影像是否能够反映当年湿地的真实现状,存在一定的不确定性。气温和降水是湿地变化的主要气候因子,二者的季节性变化致使湿地年内景观格局呈现出一定的差异[16-18],因而,很有必要对湿地年内时间尺度上景观格局变化进行探讨。

本研究以生态系统较为脆弱的巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地为研究区,应用最大似然法提取2015 年5—10 月共6 期遥感影像湿地信息,结合2015 年巴音布鲁克气象数据,分析了巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地年内景观格局的季相演变特征,探讨湿地景观格局年内变化趋势,揭示气候因素与湿地景观格局变化的关系,为研究干旱区高寒湿地景观格局演变提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

巴音布鲁克天鹅湖高寒湿地(42°35′~43°00′ N,83°40′~84°40′ E)位于巴音布鲁克草原尤勒都斯山间盆地,四面环山,海拔2300~3042 m,东西长60 km,南北宽20 km,面积约为833.59 km2,属国家级自然保护区,5A 级景区。多年平均气温为-4.25 ℃,最高气温28.0 ℃,极端最低气温-48.1 ℃;10 月中旬至翌年5月中旬,地表均被积雪覆盖,全年积雪150~180 d;多年平均降水为274.39 mm,全年降水主要集中在5—9月;多年平均蒸发量为1250 mm;多年平均相对湿度为69.73%;地下水位埋深0.5~1.0 m,属于典型的干旱区高寒湿地[19-20]。湿地水分主要来源于高山冰川融水和自然降水补给,为开都河、孔雀河的源流区,对南疆水资源平衡起着至关重要的作用。主要植被类型为大穗苔草(Carex rhynchophysa)、单行苔草(Carex divisa)、黑花苔草(Carex melanantha)、细果苔草(Carex stenocarpa)、早熟禾(Poa pratensis)和松草(Ceratopteris pterioides)等[21-22]。

1.2 研究方法

1.2.1 数据来源及预处理

研究以2015年轨道号145/30的Landsat OLI遥感影像数据为数据源,根据可获得影像的日期、质量以及巴音布鲁克多年平均降水月际分布规律,选取日期为5 月28 日、6 月13 日、7 月15 日、8 月16 日、9 月17日、10 月3 日质量较好的遥感影像,分别代表5、6、7、8、9、10 月进行研究。影像均经过几何精校正,统一投影坐标系统(地图投影:UTM),选取可见光波段1~7(空间分辨率30 m)以及全色波段(空间分辨率15 m)进行图像融合等预处理。根据实地调查样点数据,从影像的色调、纹理、几何特征等方面建立相应类型地物的遥感解译标志。此外,从国家气象科学数据共享网获取2015 年巴音布鲁克气象站的降水和气温数据;应用2015 年5—10 月期间开展的3 次野外调查样点数据及Google Earth 高分辨率遥感影像获取的随机样点数据进行解译结果的验证。

1.2.2 湿地分类方案