我国西南纵向岭谷区环境与发展问题初步研究

我国西南纵向岭谷区是我国西南与东南亚极为重要的生态走廊,生态变化直接影响我国跨境生态安全及资源保障。该区南北方向“通道”和东西方向“阻隔”作用的形成主要是由于大气环流、南北走向山脉对季风的阻挡作用和人为作用的影响。其生态效应主要表现为植被分布的三维地带性规律;干旱河谷发育,生态脆弱;生态系统类型多样,格局复杂。“通道－阻隔”作用的形成因素和生态效应亦作用到社会经济活动上。研究表明该区跨境生态安全研究中的重要科学问题：纵向岭谷区生态系统的变化趋势及主驱动力;纵向岭谷区重大工程建设的生态效应;纵向岭谷区的跨境生态安全及调控。为了适应该区跨境生态安全和社会经济发展的需要,必须有一个生态－经济综合区划作为研究基础。本文以生态地理地域系统为基础,引入社会经济指标,对研究区进行生态－经济分区,共划分为三个温度带,7个自然地带,19个自然区和55个经济小区。     

Barrier-corridor effect of terrain on monsoons longitudinal range-gorge in Southwest China

地形格局对大气环流与区域气候具有重要影响。已有研究认为纵向岭谷区主要受到印度洋季风与太平洋季风的共同影响,二者在哀牢山山脉附近交汇,哀牢山山脉是一条重要的地理分界线。本文从大气环流、水汽输送、区域气候、河川径流以及植物稳定氧同位素等多个方面研究发现：纵向岭谷地区主要受印度洋季风的影响,太平洋季风的影响在8月份有一定的作用,但不够明显;在地形格局作用下,地表水汽、降水以及河川径流在纵向岭谷区表现出明显的纬向差异、经向延伸的特征;大流环流、水汽输送、区域气候以及河川径流等的空间差异,是特殊环境对水热再分配的结果,即“通道一阻隔”作用的效应;这些差异不是地理地带性的表现,而是非地带性作用的结果;这种“通道一阻隔”作用导致地表水热条件的再分配,是该区生态地理格局形成与演化的主驱动力之一。纵向岭谷地形对季风的“通道-阻隔”作用导致了一系列地理要素的空间分异和相关联的生态效应。     

西南纵向岭谷地形对季风的“通道-阻隔”作用

地形格局对大气环流与区域气候具有重要影响。已有研究认为纵向岭谷区主要受到印度洋季风与太平洋季风的共同影响,二者在哀牢山山脉附近交汇,哀牢山山脉是一条重要的地理分界线。本文从大气环流、水汽输送、区域气候、河川径流以及植物稳定氧同位素等多个方面研究发现:纵向岭谷地区主要受印度洋季风的影响,太平洋季风的影响在8月份有一定的作用,但不够明显;在地形格局作用下,地表水汽、降水以及河川径流在纵向岭谷区表现出明显的纬向差异、经向延伸的特征;大流环流、水汽输送、区域气候以及河川径流等的空间差异,是特殊环境对水热再分配的结果,即"通道-阻隔"作用的效应;这些差异不是地理地带性的表现,而是非地带性作用的结果;这种"通道—阻隔"作用导致地表水热条件的再分配,是该区生态地理格局形成与演化的主驱动力之一。纵向岭谷地形对季风的"通道—阻隔"作用导致了一系列地理要素的空间分异和相关联的生态效应。     

纵向岭谷区地表大气水汽含量的气候学计算

基于1976-2005 年30 年的高空气象逐月资料,分析了地表大气水汽含量与实际水汽压之间的统计关系,构建出基于地表水汽压的大气水汽含量气候学计算模型;结合地面气象资料,计算得到纵向岭谷区各站点的地表实际水汽压;采用ANUSPLIN气象要素插值模型,对站点地表水汽压进行空间化处理,实现地表水汽压的栅格化;最后,将地表水汽压格网数据输入构建的气候学模型,基于GIS地理空间分析平台,得到纵向岭谷区地表大气水汽含量的空间格局,实现大气水汽含量的空间化模拟。讨论纵向岭谷区地表水汽压与大气水汽含量的空间分布特征及其主要成因,认为纵向山系对水汽输送的东西向阻隔作用导致了地表水汽压与大气水汽含量的东西差异,南北走向深切河谷是季风水汽输送的重要通道;地形的“通道-阻隔”作用形成了大气水汽含量的特殊空间分布格局。     

红河流域NDVI时空变化及其与气候因子的关系

纵向岭谷区的＂通道-阻隔＂作用及其生态效应多年来一直是山地生态学研究的热点。位于纵向岭谷区东侧的红河流域,其地表关键生态水文要素的时空格局及变化也受到＂通道-阻隔＂作用的极大影响。利用红河流域1981～2006年GIMMS数据和2006年SPOTVEGETATION数据以及42个气象站点1981～2001年逐日降水、温度数据,使用GIS方法和地统计学方法,探讨河谷和山脉地形的＂通道-阻隔＂作用下红河流域NDVI时空变化及与气候因子的关系。研究表明：（1）红河流域植被指数在不同方向的空间自相关程度分异明显,植被指数分布总体上受地形、水热分布格局等因素的结构性影响,但在各个方向存在差异：在哀牢山的阻隔作用下,西南-东北向和东西向的植被指数分维数较低,随机部分引起的植被指数空间分异较小,而结构性变异较大;在河谷的通道作用下,西北-东南向和南-北向的植被指数分维数较高,均匀性程度较好。（2）红河流域NDVI对温度和降水变化的响应具有＂时滞效应＂,滞后时间属于30～165 d,NDVI对降水变化的响应在时间上先于对温度变化的响应;在河谷和山脉的＂通道-阻隔＂作用下,NDVI对温度和降水变化的滞后时间和敏感程度有明显的空间差异。（3）红河流域NDVI总体上没有明显的增加趋势,但存在区域差异性和空间异质性;占流域面积66.77%地区的NDVI有增加的趋势,33.23%的地区有减少的趋势,年NDVI变化率在-15.23%～23.16%间。     

纵向岭谷区"通道-阻隔"作用下气温和降雨的空间分布特征

通过对纵向岭谷区1960-2000年气象数据资料的统计分析,探讨了纵向岭谷对气温和降雨量的通道阻隔作用。结果表明:纵向岭谷区准南北走向的山岭对西南气流具有较强的阻隔效应,导致西侧区域出现大面积的多雨区域(年降雨量在1 500-2 000 mm左右);纵向岭谷区的河谷地带呈现显著的通道效应,表现在南、中部,河谷区域从南向北,呈现暖舌和湿舌分布;而在北部,河谷区域从北向南出现冷舌和少雨区域;因此纵向河谷的通道效应在热力作用上表现为,南部有利于暖空气向北输送,而北部有利于冷空气向南输送;在水湿效应上,南部同样呈现水汽输送通道作用,有利于水汽向北输送;但在北部则由于高大山脉背风坡的雨影或焚风效应,导致河谷区域降雨呈现减少趋势。另外,纵向岭谷对于降雨量分布格局变化的作用较强于气温;雨季,纵向岭谷山间河谷对水汽的“通道”效应明显,造成的年降雨量差值可>200 mm;干季,纵向岭谷对冷空气的屏障“阻隔”效应明显,引起的气温差值最大可达3℃;年平均而言,纵向岭谷对年降雨的“阻隔”作用最为显著,年降雨量差值可>1 000 mm。     

纵向岭谷区生态系统变化及 西南跨境生态安全研究进展 ——-2006 年973 计划项目学术研讨会纪要

国家重点基础研究发展计划（973计划）项目“纵向岭谷区生态系统变化与西南跨境生态安全”实施3年来．围绕以云南西部为主体的纵向岭谷区特殊环境下的“通道一阻隔”作用、生态系统多样性时空格局变化及其驱动力、生态系统的特征成分与稳定机制、重大工程建设的生态效应、跨境生态安全及综合调控等开展了综合研究,取得了“研究创新、跟踪国际科学前沿、服务国家重大目标”的突出成就。2006年10月24～26日,在云南腾冲县组织召开了大型学术研讨会．交流的主要最新研究进展如下。     

基于小波分析的NDVI与环境因子空间尺度依存关系研究(英文)

本文通过多尺度分解途径分析了NDVI与环境因子如地形与气候之间的空间尺度依存关系。为了揭示两者关系的尺度效应,选取青藏高原北纬32.5度作为研究样带,应用小波变换分析了不同空间尺度下的小波一致性和相位关系。研究结果表明:在青藏高原小于80km空间尺度上,气候变量如降水和气温不是控制NDVI的主导因素;而大于这个尺度,在一些生态区可以发现NDVI和气候因子具有显著的小波一致性。作为一个分异因子,海拔高度在青藏高原东南缘的纵向岭谷区对NDVI有着显著影响。通过这一研究发现,小波变换是研究NDVI与影响因素之间多尺度关系的一个有力途径。     

青藏高原植被净初级生产力对物候变化的响应

该文开展了全球变暖影响下青藏高原植被净初级生产力(Net Primary Productivity,NPP)对物候变化响应机制的研究。首先,基于MODIS MOD13Q1NDVI数据集,采用动态阈值法和CASA模型分别反演了2002-2012年青藏高原植被物候和植被NPP。而后研究了青藏高原物候和NPP时空演变格局,分析了青藏高原不同生态单元、不同植被类型的NPP对物候变化的响应机制。结果表明:1)2002-2012年青藏高原高寒植被生长初期(Beginning of Glowing Season,BSG)提前(0.034d/a),生长结束期(Ending of Growing Season,EGS)推后(0.299d/a),生长期(Length of Growing Season,LGS)延长(0.300d/a),植被NPP与此相应出现不同程度的增加(1.494gC·m-2/a)。2)青藏高原植被NPP对植被物候变化的响应出现明显的区域分异。整体上青藏高原植被LGS的延长促进了NPP的增加,但由于不同地区主导气象因子的差异,两者之间的响应关系也存在明显差异。3)春季物候的提前对NPP所带来的影响明显大于生长结束期,而BGS主要靠影响春季NPP的累积进而影响全年植被NPP的总量。     

三江并流区干热河谷成因新探析

干热河谷是青藏高原周边及三江并流区引人注目的、较为独特的地生态现象。干热河谷是构造-地貌-古生态效应、环流-季风-“狭管”效应、地形波-局地环流-降水-焚风效应、植被-土地利用-人类活动干扰效应等综合作用而形成的原生性的地生态现象。早第三纪时,三江并流区是斜贯我国广阔干旱气候带的组成部分。随着青藏高原的隆起和西南季风的形成演化,逐渐向暖湿性的亚热带气候和植被演化,进入上新世末-更新世以后,纵向岭谷地貌形成,大江大河溯源侵蚀,河谷深切,在深切河谷下部逐步形成与其纬度位置相当的干旱半干旱生态景观,从古生态上实现了某种意义上的“返祖”现象。冬半年本区受西风南支急流控制形成干季,夏半年受西南季风控制,尽管带来大量水汽,但受特殊地貌格局影响,在本区形成金沙江河谷等四个少雨区,部分气流沿狭窄平直河谷急速北流一路无阻,水汽被输送到北部地势增高之处形成地形降雨。纵向排列的岭谷地形波,形成明显的降水波状起伏分布曲线,气流越过山岭后下沉气流带来“焚风”效应,形成干热河谷。人类活动叠加在原已生态脆弱的干热河谷生态系统之上,社会经济发展使其土地利用强度加剧、植被减少、水土流失严重等,促使生态环境进一步朝干热化方向发展。因而,干热河谷形成有着其地史、大气环流、季风、大地貌及地形波效应、植被抗逆性差等自然要素的综合作用,并叠加了人类的干扰,是局地地-气-水-生-人交互作用及耦合效应的综合产物。     

中国西南地区纵向岭谷地形对区域生态地理格局的作用(英文)

China’s southwestern special terrain pattern as parallel arrangement between longitudinal towering mountains and deep valleys has significant effects on the differentiation of local natural environment and eco-geographical pattern in this region.The 1:50,000 Digital Elevation Model(DEM) data of Longitudinal Range-Gorge Region(LRGR),meteorological observation data from the station establishment to 2010,hydrological observation data,Normalized Difference Vegetation Index(NDVI) and Net Primary Productivity(NPP) products of MOD13 and MOD17 as well as 1:1,000,000 vegetation type data were used.Moisture indices including surface atmospheric vapor content,precipitation,aridity/humidity index,surface runoff,and temperature indices including average temperature,annual accumulated temperature,total solar radiation were selected.Based on ANUSPLIN spline function,GIS spatial analysis,wavelet analysis and landscape pattern analysis,regional differentiation characteristics and main-control factors of hydrothermal pattern,ecosystem structure and function in this region were analyzed to reveal the effects of terrain pattern on regional differentiation of eco-geographical elements.The results show that:influenced by terrain pattern,moisture,temperature and heat in LRGR have shown significant distribution characteristics as intermittent weft differences and continuous warp extension.Longitudinal mountains and valleys not only have a north-south corridor function and diffusion effect on the transfer of major surface materials and energy,but also have east-west barrier function and blocking effect.Special topographic pattern has important influences on vegetation landscape diversity and spatial pattern of ecosystem structure and function,which is the main-control factor on vegetation landscape diversity and spatial distribution of ecosystem.Wavelet variance analysis reflects the spatial anisotropy of environmental factors,NDVI and NPP,while wavelet consistency analysis reveals the control factors on spatial distribution of NDVI and NPP as well as the quantitative relationship with control degree.Special terrain pattern in LRGR is the major influencing factor on eco-geographical regional differentiation in this region.Under the combined effect of zonality and non-zonality laws with "corridor-barrier" function as the main characteristic,special spatial characteristics of eco-geographical regional system in LRGR is formed.     

Explaining NDVI trends in northern Burkina Faso

Many studies have shown a ‘greening of the Sahel’ on the basis of analysis of time series of satellite images and this has shown to be, at least partly, explained by changes in rainfall. In northern Burkina Faso, an area stands out as anomalous in such analysis, since it is characterized by a distinct spatial pattern and strongly dominated by negative trends in Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). The aim of the paper is to explain this distinct pattern. When studied over the period 2000–2012, using NDVI data from the MODIS sensor the spatial pattern of NDVI trends indicates that non-climatic factors are involved. By relating NDVI trends to landscape elements and land use change we demonstrate that NDVI trends in the north-western parts of the study area are mostly related to landscape elements, while this is not the case in the south-eastern parts, where rapidly changing land use, including. expansion of irrigation, plays a major role. It is inferred that a process of increased redistribution of fine soil material, water and vegetation from plateaus and slopes to valleys, possibly related to higher grazing pressure, may provide an explanation of the observed pattern of NDVI trends. Further work will focus on testing this hypothesis.     

基于TVDI的黄土高原地表干燥度与土地利用的关系研究

基于地表温度和植被指数的经验关系构建地表干燥度指数。该指数对Ts/NDVI特征空间的生态特征的解释,对土壤和作物的水分含量具有一定的指示意义。通过对地表干燥度进行分级,分析陕北黄土高原区地表含水状况的空间差异,进而结合该地区的主要土地利用类型,探讨各类型的干燥度情况,并对不同地表干燥度条件下各土地利用类型对地表水分的保持能力差异进行分析,结果表明,在该区相对湿润环境中,林地以及疏林地的水分保持能力优于农地和草地,但在干旱的环境下,草地则好于林地及疏林地。建议根据不同土地利用类型的保水能力,在湿润区域增加林地的面积比例,在偏湿润区域增加疏林地的面积,在干旱区域增加草地的比例,减少农地开垦。     

1956-2000年云南红河流域径流的时空分布

This paper studies the variation of runoff of Red River Basin and discusses the influence of＂corridor-barrier＂functions of valleys and mountains on variation of runoff by using GIS and statistic methods based on the monthly precipitation,temperature and evaporation data from 1960 to 2000 at 32 meteorological stations in Red River Basin,and the annual runoff data of Yuanjiang River,Lixian River and Panlong River from 1956 to 2000.The results show out：（1）Under the effect of＂corridor-barrier＂functions of valleys and mountains in Red River Basin,the patterns of annual precipitation and runoff depth distribution in spatial change a NW-SE direction,which is similar with the trend of the Red River valley and Ailao mountains.（2）In the long temporal scale averaged over years,the most obvious effects of the＂corridor-barrier＂functions is on runoff variation,and the second is on the precipitation, but not obvious on the temperature.（3）Under the superposed effect of climate changes and the＂corridor-barrier＂functions of valleys and mountains in Red River Basin,the difference of runoff variation is obvious in the east-west direction：the runoff variation of Yuanjiang River along the Red River Fault present an ascending trend,but the Lixian River on the west side of the Fault and the Panlong River on the east present a descending trend;the annual runoff in Yuanjiang River and Panlong River had a quasi-5a periods,and Panlong River had a quasi-8a periods;the runoff variation are quite inconsistent in different periods among the three river basins.     

地理单元划分对城市热环境响应规律的影响——以北京为例

尺度效应及空间异质性决定了同一种影响因子在不同地理单元中对生态过程的作用程度存在差异。论文选择城市热环境效应这一典型城市生态过程为研究对象,针对地理单元划分对热环境效应响应规律研究较少的现状,选择土地利用分类、网格、街区、局地气候区4种地理单元,选取常用景观组分指标——归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)、不透水面比例(impervious surface area, ISA)和改进的归一化差值水体指数(modified normalized difference water index, MNDWI)为热环境影响因子,探究不同地理单元中城市热环境对景观组分响应规律的差异。以POI数据重新定义的北京市城区为研究区,结果表明：① 单因子与地表温度Pearson相关性分析得出街区和网格作为划分单元,各影响因子与地表温度相关性较高;② 利用多因子回归方法更适合于地表温度空间分异的解释,植被和不透水面比例因子的组合在4 km网格单元,植被、水体组合及植被、水体、不透水面比例的因子组合在局地气候区单元对地表温度空间分异的解释力度最强。论文为北方大城市热岛影响因素选择提供依据,充实了不同尺度热环境效应响应规律的案例研究,并为城市生态环境效应选择适当研究单元提供依据。     

云南纵向岭谷地区气候变化对河流径流量的影响

以云南纵向岭谷地区历年逐月径流量观测数据和云南的逐月雨量和气温场观测数据为基础,应用统计分析和小波变换的分析方法,研究了云南纵向岭谷作用下的年际气候变化及其对国际河流年径流量变化的影响。结论为：由于云南纵向岭谷区的特殊下垫面作用,云南月降水量场变化与云南国际河流月径流量变化的高相关区中心的纬度差异不显著,但经度差异却十分显著;澜沧江气候区的年降水量明显大于其东部的李仙江和元江气候区的年降水量,其年降水量的偏差则明显小于它们;元江气候区的年平均气温明显低于其西部的李仙江和澜沧江气候区的年平均气温,其年平均气温的偏差也明显小于它们;与云南纵向岭谷作用下的年降水量变化特征相对应,元江的年径流量偏差也明显大于其西部的李仙江和澜沧江的年径流量偏差;云南纵向岭谷对西南季风的阻隔作用较大,而对东北季风的阻隔作用相对较小;云南纵向岭谷作用下的年降水量变化主要表现在较小的时间尺度上,随着时间尺度的增大其作用变小;云南纵向岭谷对于年气温变化的作用比年降水量变化的作用要小;近几年来,各气候区的年降水量变化的主要特征是偏多趋势,受其影响,云南国际河流的年径流量变化也主要表现为偏大趋势;近十几年来,各气候区的年气温变化的主要特征是显著偏高。     

农田景观空间异质性分析及遥感监测最优尺度选择——以三江平原为例

农情遥感监测需要高时间分辨率的遥感数据,目前这些数据大都为中低空间分辨率影像。在这些尺度下,像元内部往往是异质的,从而影响农情参数反演精度。因此分析和表达农田景观空间异质性和最优尺度选择对遥感农情监测质量的提高具有重要的应用价值。选取建三江农垦区四种典型农田景观为研究点,Landsat/TM NDVI为实验数据,利用实验变异函数对四种景观类型的各向空间异质性进行了分析, 而后通过变异函数模型拟合,定量分析了各个研究点的整体空间异质性,并在此基础上进行了研究区遥感监测最优尺度选择。研究表明:(1) 基于实验变异函数的结构分析方法,可定性地认识空间异质性的大小和方向,进而挖掘出其背后的自然和人为驱动因素。(2) 对实验变异函数进行拟合分析,可定量地刻画不同景观格局各自的空间异质性特性。此外,基于变异函数对空间异质性的定量表达,讨论了利用积分变程A结合Nyquist-Shannon采样定理进行最优尺度选择的方法。