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。     

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。     

纵向岭谷区地表格局的生态效应及其区域分异

中国西南纵向高耸山岭与深切河谷并列排布的特殊地表格局对该区自然环境与生态地理区域分异的效应明显。利用纵向岭谷区1:5 万DEM数据、建站以来至2010 的气象观测数据、水文观测资料、MOD13 与MOD17 的NDVI与NPP产品以及1:100 万植被类型数据等,选取地表大气水汽含量、降水量、干湿指数、地表径流等水分指标,平均气温、年积温等温度指标以及太阳总辐射等热量指标,基于ANUSPLIN样条函数、GIS空间分析、小波分析、景观格局分析等方法,分析该区水热格局、生态系统结构与功能的地域分异特征及其主控因子,揭示地表格局对生态地理要素区域分异的效应。结果表明：受地表格局的影响,纵向岭谷区的水分、温度与热量都表现出明显的沿纬线方向间断式差异和经线方向连续式延伸的分布特征,纵向山系与河谷对地表主要自然物质和能量输送具有南北向通道作用和扩散效应以及东西向阻隔作用和屏障效应;特殊地表格局对植被景观多样性、生态系统结构与功能的空间格局产生重要影响,是植被景观多样性与生态系统空间分布的主要控制因子;小波方差分析反映了环境因子以及NDVI、NPP的空间各向异性,而小波一致性分析揭示了NDVI与NPP空间分布的控制因子,及其控制程度的定量关系。纵向岭谷特殊地表格局是该区生态地理区域分异的主要影响因素,在地带性规律与以“通道—阻隔”作用为主要特征的非地带性规律共同作用下,形成了纵向岭谷区生态地理区域系统的特殊空间特征。     

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。     

纵向岭谷区生态系统变化与西南跨境生态安全学术研讨会在云南腾冲召开

~~纵向岭谷区生态系统变化与西南跨境生态安全学术研讨会在云南腾冲召开@陈庄彦 @姚鲁烽~~     

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。     

三江并流区地貌与环境演化研究

滇西北三江并流区地理环境演化既受青藏高原隆升的影响,同时又具有自己形成演化的特点,还以纵向岭谷地貌、水系形成演化等影响本区及周边的生态环境.三江并流区经历了古新世中新世地表夷平准平原阶段,中新世末第四纪初的岭盆谷形成发展阶段(高原发育期),更新世晚期以来的现代水系峡谷、纵向岭谷和垂向气候形成等几个时期的发展,形成了现今西南纵向岭谷区的主要组成部分,导致了生态环境的通道阻隔效应,形成了独具特色的自然地理区域.     

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。     

纵向岭谷区北回归线一带年降水区域分异特征

利用纵向岭谷区北回归线沿线及南北两侧的24 个站点1961-2007 时段月降水资料,基于全部站点的年降水主要特征统计,以及北回归线沿线的9 个站点的年降水变化的趋势性和阶段性检验、9 个站点间的年降水和5-10 月各月降水序列的相关性检验,分析研究区的年降水及变化分异特征。结果表明：研究区年降水主要特征及其年际变化,呈现出西部、中部、东部的空间分异,即三个区域各自内部自相似度高,而三个区域之间分异明显。北回归线沿线9 个站点的年降水序列都未表现出明显的“突变趋势性-阶段性”变化。研究区中部“岭-谷”相间的地形格局,对中部区域降水空间分异产生一定的影响,但相邻站点间多年际降水序列呈高度相关,意味着控制中部区域降水的决定性因素并不存在明显分异,间隔分布的“岭-谷”地形会带来局地性降水量的分异。     

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.     

基于地形因子的千米尺度景观生态廊道布局研究

土地利用类型并不是景观类型唯一的描述方式, 生态服务价值的估算和地形指标的纳入更有助于反映景观的空间差异性。应用地形因子与生态价值两类指标, 对关中-天水经济区1 km栅格尺度下生态廊道空间布局形式进行研究, 结果如下:① 相关性分析表明地形因子对生态价值分布有重要影响, 经过统一阈值的脊线谷线提取发现, 对生态价值提取出的高值或低值区域几乎同时也是地形上的山脊线或山谷线, 过渡带基本重合;② 提取山脊生态高值区域作为生境斑块, 通过最大生态阻力进行方向选择, 可得出研究区生态廊道空间布局, 由于廊道宽度可根据物种类型调整, 同时距离较短导致实现难度低, 增删节点与斑块不影响周边网络的拓扑关系, 因此结果应用性相对更强;③ 采用地形和生态服务价值作为衡量指标, 更能体现以像元为单位的景观功能一致性与差异性, 从而也避免了土地利用分类较粗、生境判断难度较大、相同阻力路径过多等一系列问题。本文结果是对千米尺度廊道布局的有效补充。     

基于景观破碎化指数的西双版纳生态安全格局构建与优化

以西双版纳为研究区,基于生态系统服务和生态敏感性,采用热点分析法提取出生态源地,构建景观破碎化综合指数修正地物赋值的阻力系数,基于MCR模型识别出生态廊道和生态节点,构建和优化西双版纳的生态安全格局。结果表明：1）重要生态源地20个,总面积为7 709.56 km²,占西双版纳州面积的40.33%。2）与夜间灯光数据校正的阻力面相比,基于景观破碎化指数修正的景观阻力面空间分异更加显著,且在廊道空间分布、避开人类活动冲突区、网络连接度和廊道对比验证上效果较好,说明基于景观破碎化校正的阻力面在夜间灯光数据较弱的区域具有较强的适用性。3）生态廊道包括631.73 km的潜在廊道和278.59 km的关键廊道,呈现大半环和小环状相结合的空间形态;生态节点包括20个资源战略点、4个生态战略点、27个生态暂歇点和24个生态断裂点。4）在现有生态安全格局的基础上,依据现有的自然本底条件和生态格局,优化出“一带一廊四组团”的生态空间结构布局。     

厦门市同安区生态安全格局构建

以厦门市同安区为例,运用遥感生态指数开展生态质量评价,并基于多期数据判断生态质量稳定性,识别生态源地;选取土地覆被、植被覆盖、地形坡度和距水域距离等因子构建生态阻力基面,并采用夜间灯光数据修正人类活动对生态阻力值的影响;进而运用最小累积阻力模型构建生态阻力面,识别生态缓冲区、廊道和节点,构建城市生态安全格局。研究表明：1）2006、2010和2015年同安区RSEI指数分别为0.577 3、0.664 8和0.632 9,生态质量均处于良等,但在2006—2015年间出现先上升后略微下降的变化。2）同安区生态安全格局由生态源地高、中、低3级缓冲区,44条源间廊道和20个生态节点组成。其中,生态源地总面积为293.19 km2,占全区总面积的44.12%。高、中、低3级缓冲区面积分别为478.81、99.52和83.36 km2,分别占全区面积的72.36%、15.04%和12.60%。3）提出以生态安全格局为基础构建“生态安全屏障—廊道—基质”的生态保护框架,为城镇开发提供参考。基于遥感生态指数综合识别的生态源地,具有高生态系统服务价值和高生态敏感性,分布与重要生态功能区基本一致,可为生态安全格局源地识别方法提供参考。     

基于遗传算法和图论法的生态安全格局构建与优化——以武汉市为例

以武汉市为例,通过分析生态系统服务价值、生态敏感性、景观连通性及生态需求识别武汉市陆地和水域生态源地,利用遗传算法获取最优生态源地。在此基础上,利用最小累积阻力模型（MCR）分别提取陆地和水域生态廊道,将生态源地与生态廊道叠加构建2017年武汉市生态安全格局。研究表明：2017年武汉市生态源地总面积约为1 917.342 km²,其中陆地和水域生态源地面积分别为780.217 km²和1 137.125 km²;利用遗传算法识别的最优陆地和水域生态源地分别为65和32个,所提取的生态廊道总长度为2 305.37 km,其中陆地和水域生态廊道长度分别为1 497.86 km和807.51 km;武汉市生态安全格局呈现“三横、三纵、三团簇”特征。此外,分别新增了8个陆地和水域生态垫脚石及5个生态源地,运用图论法对比优化前后相关指标,发现优化后可构建更完善的生态安全格局,优化方案可行。该生态安全格局构建与优化方法可为高速发展的大都市的生态安全格局研究提供更科学的参考。     

基于生态系统空间异质性的美丽中国生态建设分区

落实“山水林田湖草生命共同体”理念,提出美丽中国生态建设优化途径已成为当前亟待解决的关键科学问题和国家生态文明建设的重大需求。因地制宜地做好美丽中国建设的生态区划,提出生态建设分区方案,是实现美丽中国愿景的重要路径。目前,生态区划对于新时期系统性生态建设内涵,以及全球气候和人类活动变化双重背景对生态系统空间异质性影响的考虑不足。本文通过构建“景观美、服务美、安全美”的三位一体美丽中国生态建设分区的理论框架,综合考虑生态系统结构、格局、质量、服务、胁迫等因素的空间异质性,建立美丽中国生态建设分区三级指标体系,以及对生态现状本底和退化程度进行评估的生态建设综合指数和生态退化综合指数。以全国第三级流域为基本单元,基于指标现状特征及生态综合评估结果,通过空间聚类分析将全国划分为5个一级生态建设区和13类22个二级生态建设区,并在二级分区的基础上选择典型区划分出三级生态建设区。分区结果为美丽中国生态建设提供应用支撑。此外,未来生态建设分区的指标构建应当更加注重指标之间的关联性和生态系统功能的多样性,并进一步耦合气候变化和人类活动对生态系统的双重干扰。     

云南红河流域径流的时空分布变化规律

利用红河流域32个气象站1960-2000年逐月降水、气温、蒸发等实测资料,元江、李仙江和盘龙河1956-2000年径流量资料,使用GIS技术支持以及Kendall检验法、方差分析法、累积距平法,分析云南红河流域径流的时空变化规律,重点探讨径流时空分布变化与红河流域河谷与山脉的"通道-阻隔"作用的关联,得出如下结论:(1)在红河流域河谷与山脉的"通道-阻隔"作用的影响下,降水量和径流深等值线在空间上呈西北-东南向分布,分布模式与河谷/山脉的走向基本一致,并在哀牢山北段和李仙江下游地区形成两个高值区.(2)在多年平均尺度上,红河流域河谷与山脉的"通道-阻隔"作用对径流变化的地域差异影响最大,其次是降雨,对气温则不明显:李仙江的降水量明显大于哀牢山东部的元江和盘龙河区,其降水量变化的相对偏差则小于它们,反映出哀牢山的阻隔效应;三个区的平均气温差别不大,反映出在较大的时间尺度上受该区特殊环境格局的"通道-阻隔"作用不明显;多数降雨、径流和气温特征值及其出现时间的变化,在盘龙河与元江及李仙江都明显不同,反映出红河流域山脉的阻隔作用明显.(3)在区域气候变化及红河流域河谷与山脉"通道-阻隔"作用的叠加影响下,红河流域的径流变化在东西方向上差异明显:沿红河断裂发育的元江流域的径流量表现出上升的趋势,而西部的李仙江和东部的盘龙河径流量呈现出减少的趋势;元江和李仙江的年径流有一个准5年的变化周期,而盘龙河则有一个准8年的变化周期;三个区域的径流量变化表现出不一致的阶段性.     

道路影响域的界定及其空间分异规律 ——-以纵向岭谷区为例

以纵向岭谷区道路网络为研究对象,考虑地形等相关因子,利用GIS 图形叠加分析得到区域道路影响域的范围,进一步统计道路影响域面积与区域面积的比例,探寻道路对区域影响的空间分异规律,并分析其与道路密度、人口密度、村庄数目、生态承载力、平均海拔高度等因素的相关性。结果表明：纵向岭谷区道路不同等级具有不 同的影响域范围,区域道路影响的空间分布存在差异,由省会昆明逐渐向周边辐射减小,红河流域高于澜沧江流域和怒江流域。在纵向岭谷区东部、北部、西南部部分地区道路影响呈现显著的空间集聚效应。影响因子的相关性分析表明,道路影响域比例与平均海拔高度不相关,与道路密度、人口密度、村庄数目、生态承载力相关显著。