近30 a雅鲁藏布江流域高寒湿地动态变化及其对气候变化的响应

刘　冬，王　涛，沈渭寿，林乃峰，邹长新①

(1.环境保护部南京环境科学研究所，江苏 南京　210042；2.南京信息工程大学地理与遥感学院，江苏 南京　210044)



近30 a雅鲁藏布江流域高寒湿地动态变化及其对气候变化的响应

刘冬1，王涛2，沈渭寿1，林乃峰1，邹长新1①

(1.环境保护部南京环境科学研究所，江苏 南京210042；2.南京信息工程大学地理与遥感学院，江苏 南京210044)

摘要：利用1980、1990、2000和2010年4期Landsat、环境一号卫星遥感影像提取雅鲁藏布江(以下简称“雅江”)流域湿地面积动态变化信息,并结合实地调查和近30 a气象、水文、积雪数据研究湿地动态变化对气候变化的响应特征。结果表明，2010年雅江流域高寒湿地面积占流域总面积的3.73%,其中以沼泽湿地面积最大(59.46%),其次为河流(30.19%)、湖泊(10.13%)和人工湿地(0.23%);近30 a间雅江流域湖泊湿地和河流湿地面积总体上呈增加趋势,而沼泽湿地面积呈降低趋势;近30 a来雅江流域年均温、年均最高温和年均最低温均呈显著增加趋势,降水量波动较大,呈轻微增加趋势但不显著,平均相对湿度呈不显著下降趋势。年均气温和年均最高气温这2个因素与雅江流域湖泊面积变化相关性显著,河流湿地面积、雅江5大支流干流河长的增长分别与年均温、年均最高温、年均最低温相关性显著,沼泽湿地面积与该区域气温以及平均相对湿度相关性显著,开发大坝、水库等国家建设战略是雅江流域人工湿地面积增加的主要驱动力。

关键词：高寒湿地；雅鲁藏布江；气候；响应

气候变化能够显著影响湿地的各种生态过程和湿地生产系统的生产力,是控制湿地动态变化的动因[1]。作为全球海拔最高的一个独特地域单元,青藏高原是我国高原湿地的最主要分布区,区域内的湿地不仅是中国长江、黄河和澜沧江等大江大河的发源地,还是众多珍稀物种的栖息地和候鸟迁徙地,具有生态蓄水、水源涵养和气候调节等重要的生态功能[2-3]。目前,国内针对高寒湿地的研究还相对较少,对青藏高原高寒湿地区域尺度的研究主要集中于若尔盖高原湿地[4-5]、拉萨拉鲁湿地及拉萨河流域湿地[6]、黄河与长江等三江源源区湿地[7]以及藏北典型湖泊[8]。在已有的相关研究中,对高寒湿地定义的理解也不尽相同,对湿地类型的划分也因研究尺度及研究区域的不同而出现差异。关于西藏高原上大面积分布的湿地生态系统对气候变化的响应机制问题,目前尚没有野外实验和遥感等直接数据能够给出确切答案。

考虑到气候变化对西藏高原生态系统的影响和西藏高原生态环境的脆弱性、战略性,选择雅鲁藏布江(以下简称“雅江”)湿地为研究对象,通过大量野外实地调查,以1980、1990、2000和2010年4期遥感影像为数据源,采用人机目视解译方法提取雅江流域湿地的类型数据,对其空间分布及近30 a的演变趋势进行分析。雅江是西藏最大的河流,是西藏的主要淡水来源和水汽通道[9],雅江上中游人口稀少,研究湖泊、河流和沼泽等水系的面积变化趋势能够很好地反映气候变化对高寒湿地生态系统的影响,深入认识青藏高原的湿地动态变化特征以及对全球气候变化的响应关系。同时雅江流域下游还跨越温带和亚热带湿润气候区,下游河谷地区是西藏自治区最重要的经济社会发展区域[10],分析雅江全流域各种类型湿地的分布及动态变化对于西藏当地居民的水源供给和生存环境十分必要。

1研究区概况

雅江是一条重要的国际河流,发源于西藏高原西南部、喜马拉雅山脉北麓海拔5 200 m的杰马央宗冰川,流域平均海拔超过4 000 m,是世界上海拔最高的大河[11]。雅江是雅江流域横跨西藏的拉萨、日喀则、山南地区的大部分和阿里、那曲、昌都地区的一小部分,涉及西藏41个县(市)。雅江流域地势西高东低,海拔垂直差异大。根据水文特点及河谷地貌特征,以昂仁与拉孜县界、桑日与加查县界为分界点,将雅江流域划分为上游区、中游区和下游区3个生态分区,其中雅江上游地区平均海拔4 600 m以上,以高山谷地地貌为主,属高原亚寒带半干旱气候区[10];雅江中游地区在地貌上属于藏南谷地,主要为温暖半干旱气候[12]; 雅江下游地区属高原温带湿润、半湿润气候区和山地亚热带湿润气候区,气候温暖湿润,是生物物种分化变异、生物区系最丰富的地方[13]。

2材料与方法

2.1数据源

高寒湿地的解译选用了4期遥感影像数据:1980年的美国陆地卫星Landsat MSS影像21景,1990年美国陆地卫星Landsat TM影像21景,2000年美国陆地卫星Landsat ETM+影像21景,2010年环境一号卫星CCD影像6景,影像采集时间为2011年6月。1980年的MSS数据分辨率为78 m,1990、2000和2010年的TM/ETM+/环境一号卫星数据分辨率为30 m。

雪深数据来自1979—2010年被动微波遥感SSM/I逐日雪深资料,下载于寒区旱区科学数据中心(http:∥westdc.westgis.ac.cn/),空间分辨率为25 km。

气象数据是从国家气象部门获取的1980—2010年雅江流域地区8个气象站(江孜、日喀则、泽当、拉萨、林芝、波密、当雄和嘉黎)逐日气象实际观测资料,包括平均气温、最高气温、最低气温、降水量、平均相对湿度和年均蒸发量,其中年均蒸发量数据截至2005年。

以奴各沙、羊村和奴下作为代表雅江流域上、中、下游地区的水文站,这3个水文站数据资料较详实,基本能够反映全流域的径流状况。采用这3个水文站1980—2010年实测逐月天然径流量系列资料探讨雅江各流域段年径流量变化的基本特征。数据由西藏自治区水文局提供。

研究采用的其他数据包括西藏30 m分辨率的DEM高程数据、西藏2000年1∶10万土地利用类型图和1∶100万青藏高原植被类型图等。

2.2研究方法

2.2.1湿地分类

参考《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约(Ramsar公约)》，将雅鲁藏布江流域湿地分为河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地和人工湿地4类(表1)。

2.2.2湿地信息提取

遥感图像预处理主要包括几何校正、镶嵌裁剪、最佳波段组合选择和图像增强。利用EARDAS软件对影像进行预处理,采用最小二乘法分别对1980、1990、2000和2010年遥感影像进行几何精校正,像元重采样采用最邻近法或者双线性差值法,从而消除不同遥感影像空间分辨率不同所造成的影响,使遥感影像几何精校正误差不超过1～2个像元。

表1雅鲁藏布江流域高寒湿地分类

Table 1Types of the alpine wetlands in the Yarlung Zangbo River Valley

分类系统一级二级三级类型特征解译标志天然湿地河流湿地河流永久性或暂时性的河流及其支流,以及河流泛滥淹没的两岸地势平坦地区,包括河滩及泛滥河谷采用432波段合成,河道呈黑色或蓝褐色,纹理清晰,呈狭长弯曲线状分布,河流两旁的河滩湿地沿河道两侧呈不规则形状分布,有较清晰边界湖泊湿地湖泊面积大于1km2,常年或季节性积水的湖泊采用432波段合成,湖泊呈深蓝色,颜色细腻,表面光滑,水陆界线清楚,色调均匀沼泽湿地苔草沼泽湿地草丘和水坑相间分布,地表长期处于积水状态,植物生长密集,平均盖度在90%左右,以青藏苔草为优势种TM/ETM影像采用753波段合成,MSS/环境卫星影像采用431波段合成,呈绿色或灰绿色不规则斑块状图案,多可见密密麻麻的小面积水体点缀分布嵩草沼泽湿地草丘和水坑相间分布,地表长期处于积水状态,植物生长密集,平均盖度在90%左右,以藏北嵩草为优势种TM/ETM影像采用753波段合成,MSS/环境卫星影像采用431波段合成,呈暗灰绿色不规则斑块状图案,纹理较粗糙人工湿地水库水库能拦水、蓄水,人类开发建造并供人类利用的水域采用432波段合成,棱角分明、形状规则的几何形边界的较小面积水域稻田稻田人类开发种植水稻的区域采用753波段合成,呈亮绿色,小且成片分布在河流或河滩周围的农田区域

研究组通过大量野外实地调查,根据雅江流域各类型湿地景观的光谱和几何特征,借助 1∶10万西藏土地利用类型图、1∶100万青藏高原植被类型图和30 m分辨率的青藏高原DEM高程图,建立雅江流域湿地分类解译标志(表1),在EARDAS软件的支持下对遥感影像进行人机交互目视解译。在湿地信息提取中,河流宽度不小于2个像素(60～120 m),湖泊面积不小于3×3个像素(0.09～0.36 km2)。在解译1980、1990和2010年湿地数据时以2000年的解译结果作为参考,在解译时进行对比及检查。

2.2.3湿地空间动态格局变化分析

采用变化动态度作为确定湿地不同类型不同时期变化幅度的分析指标,其计算公式为

(1)

式(1)中,D为湿地变化动态度,%;Ua为起始年湿地面积,km2;Ub为终结年湿地面积,km2;t为间隔时间,a。

2.2.4气候分析

采用气候倾向率法,以气候要素为因变量,时间为自变量,建立2个变量之间的一元回归(或N阶曲线模拟)的趋势方程,计算模拟序列与原序列的相关系数及倾向变化率等,并比较各参量的变化特征,对不同流域段气温、降水量、湿度和蒸发量等的变化趋势进行对比分析;计算各年份气温、降水量、湿度和蒸发量等气象因子值与研究时段各因子平均值的差值,作为代表各因子的距平,研究雅江流域气候的历史演变规律和年代际变化特点。

2.2.5雪深数据提取及分析

利用ArcGIS 9.3软件将被动微波SSM/I反演的雪深数据统一转换为Albers投影,通过栅格运算获取月尺度平均雪深数据,然后基于雅江流域区划对月尺度雪深数据进行裁切,提取雅江流域的雪深信息。采用平均值法统计雅江流域内所有像元的逐年雪深数据,得到雅江流域地区雪深年际序列。采用一元线性回归分析其变化趋势,建立雪深(y)与时间序列(年份x)的一元线性回归方程。

2.2.6灰色关联度分析

以灰色系统2要素历史数据序列之间的关联度来表征高寒湿地面积动态与气候变化之间的密切程度。关联度的计算公式为

(2)

(3)

式(2)～(3)中,Rom为子序列m与母序列o的关联度;N为数据序列长度,即数据个数;Rom(t)为子序列m与母序列o在t时刻的关联系数;Δmin和Δmax分别为各时刻2个序列绝对差中的最小值和最大值;Δom(t)为t时刻2个序列的绝对差;ρ为分辨系数,ρ∈(0,1),一般取0.1～0.5。

采用灰度关联分析时,对资料做如下处理:首先根据前文4个时期湿地面积变化动态度求逐年湿地面积;其次,对所选取的气候因子和湿地面积原始数据进行标准化处理;该研究中分辨系数取值0.5,对标准化数据进行关联度分析,得到湿地面积变化与各驱动因子的灰色关联度。

3结果与分析

3.1雅江湿地分类及动态特征

由表2可知,2010年雅江流域湿地总面积为9 033.53 km2,占流域总面积的3.73%。其中,沼泽湿地面积最大,占湿地总面积的59.46%;其次是河流湿地,占湿地总面积的30.19%;湖泊湿地面积为915.46 km2,占流域内湿地总面积的10.13%;流域内人工湿地分布较少,仅占湿地总面积的0.23%。

从1980—2010年4个研究时期雅江流域不同湿地类型的面积动态特征(表2)可知,1980、1990、2000和2010年湿地总面积分别为8 331.18、8 504.04、8 404.28和9 033.53 km2,湿地面积总体呈上升趋势。雅江流域是青藏高原典型高寒沼泽湿地的主要分布区,但过去30 a间沼泽湿地面积一直呈降低趋势,总共减少81.74 km2。

2010年雅鲁藏布江流域湿地空间分布见图1。雅江流域上游地区湿地总面积为6 195.39 km2,占全流域湿地总面积的68.58%。其中河流、湖泊和沼泽这3类湿地占该区域湿地总面积的90%以上,是上游分布最广的湿地类型。中游地区湿地面积占全流域湿地总面积的17.0%,河流和沼泽湿地分别占60.53%和37.35%。下游地区是流域内湿地面积最少的区域,其中沼泽和河流湿地分别占45.76%和38.53%;水稻田人工湿地仅在下游地区的墨脱和察隅县境内有零星分布,面积为14.67 km2。

表21980—2010年雅鲁藏布江流域湿地面积变化

Table 2Dynamic change in the area of wetlands in the Yarlung Zangbo River Valley during 1980-2010

年份湿地面积/km2动态变化度/%河流湖泊沼泽人工湿地河流湖泊沼泽人工湿地19802188.97681.855452.677.6919902361.90709.325422.5010.310.790.40-0.063.4120002334.79660.775393.4515.26-0.11-0.68-0.054.8120102726.81915.465370.9420.331.683.85-0.043.32

图1　2010年雅鲁藏布江流域湿地空间分布

1980—2010年雅江流域各时段湖泊数量变化见表3。湖泊湿地在近30 a总体呈不断增加趋势,总增幅为34.36%。1980—1990年湖泊湿地面积从681.85增加到709.32 km2,变化动态度为0.40%,面积大于1 km2的湖泊数从167增长到172个;1990—2000年湖泊湿地面积出现下降,变化动态度为-0.68%,湖泊数从172降低到162个,减少的12个湖泊都是面积小于10 km2的小型湖泊;2000—2010年湖泊湿地面积重新出现大幅度的增长趋势,变化动态度为3.85%,湖泊数从162增加到199个(表3)。

河流湿地面积在近30 a间总体呈增长趋势,总面积增加537.84 km2,增幅为24.57 %。但1990—2000年河流面积出现阶段性小幅萎缩,面积减少27.11 km2。2000年以后,河流面积又恢复增长趋势,2000—2010年增加392.02 km2。由图2可见,雅江流域内5个最大支流的河长在近30 a间也出现不断增加趋势,拉萨河干流1980年河长为333.17 km,到2010年增长29.69%;尼洋河、年楚河、帕隆藏布和多雄藏布的干流河长在近30 a间也分别增长90.58、50.39、75.93和95.81 km。

总体而言,雅江流域人工湿地面积呈现稳步增加趋势,面积在近30 a增加12.64 km2,增幅达164.37%,且该变化主要发生在1990—2000年,这个时段的变化动态度高达4.81%。

表31980—2010年雅鲁藏布江流域湖泊数量变化

Table 3Change in the number of lakes in the Yarlung Zangbo River Valley during 1980-2010

湖泊面积/km2湖泊数量1980年1990年2000年2010年<18687821041～1075777287>10～304666>30～502222总计167172162199

图2　1980—2010年雅鲁藏布江流域

3.2雅江流域气候变化特征

由图3可见,1980—2010年雅江流域气温呈显著上升趋势,近30 a雅江流域年均温气候倾向率为0.50 ℃·(10 a)-1,其中雅江中游地区增温最为显著,气候倾向率为0.50 ℃·(10 a)-1,这与已有报道的青藏高原从20世纪60年代以来呈逐渐升温态势的研究结论一致[14]。从年均温的距平来看,1980—1994年期间各年份年均温以负距平为主,即普遍低于整个流域多年年均温的平均值,而在1995年后气温明显升高,以正距平为主。年均温的年际变化特征为:1980年代为相对低温阶段,1990年代中后期进入相对高温阶段,2000—2005年升温不明显,2005年之后为近30 a来最温暖时期。气温总体上逐渐上升,上、中、下游地区年均温分别大约以0.45、0.62和0.41 ℃·(10 a)-1的速率上升,明显高于全国和全球的增温速率,尤其是海拔3 000 m以上的上游及中游地区升温最快,高于青藏高原近40 a以来的增温速率〔0.44 ℃·(10 a)-1〕[15],可见在整个青藏高原地区雅江流域的气候变暖趋势也非常明显。

近30 a雅江流域年均最高温从14.33升高到16.24 ℃,增幅为13.29%,年均最低温从0.28升高到1.96 ℃,也增长近7倍。与年均温的距平趋势相似,年均最高温和最低温自1995年之后普遍以正距平为主,高于全流域年均温的平均值,年均最高温的极值出现在2009年的下游地区,达17.74 ℃。

近30 a雅江流域年均降水量波动较大,呈现增加趋势但不显著,全流域年均降水量的气候倾向率为9.70 mm·(10 a)-1,这与已有文献中近30 a青藏高原降水大体上以增加趋势为主,但总体显著性水平不高的研究结论相一致[14,16]。近30 a雅江下游地区平均年降水量为794.34 mm,明显高于上游(354.92 mm)和中游地区(436.50 mm)。全流域多年平均降水量呈现从偏多到偏少的周期性波动特征,这一特征在5 a滑动平均序列图上反映更清楚:从1980 年代中期开始,曲线一直呈上升趋势,1990年代初期有所降低,从1999年开始逐渐上升,之后又呈现降低趋势,负距平开始增多。

全流域年均相对湿度波动较大,总体上随时间变化呈现下降趋势,但降幅较小,未通过0.05水平的显著性检验,气候倾向率为-0.43%·(10 a)-1。而下游地区年均相对湿度显著高于上、中游地区(P<0.01)。1980—1990年年均相对湿度的距平值多为负值,低于多年平均值;1990—2000年年均相对湿度较高,距平值也大多高于多年平均值;进入2000年代后前5 a年均相对湿度呈现高值,后5 a情况则恰好相反,距平值为负值。

1980—2005年雅江流域年均蒸发量呈显著降低趋势(P<0.01),平均气候倾向率为-235.31 mm·(10 a)-1,符合青藏高原总体年均蒸发量的变化趋势,但低于藏北高原的年均蒸发量气候倾向率〔-617 mm·(10 a)-1〕[17-18]。下游地区年均蒸发量多年平均值(1 455 mm)明显低于上游(2 138 mm)和中游地区(2 177 mm)。1980—1995年年均蒸发量距平值几乎为正值,均高于多年平均值;而1995—2000年年均蒸发量呈波动变化,正距平逐渐减少,负距平开始增多;2000年之后年均蒸发量距平值均低于多年平均值,表明年均蒸发量自2000年起明显降低。

图3　1980—2010年雅鲁藏布江流域主要气象因子变化

3.3雅江流域河流径流量和雪深的变化特征

3个测站天然径流的5 a滑动趋势线见图4。

图4　1980—2010年雅鲁藏布江干流

由图4可见，奴各沙、羊村和奴下3 个水文站的历年径流变化具有相同的变化周期,即整个雅江干流区在1980年代初期径流持续下降,1983年达最低值,1984年开始波动上升,1990年代进入相对丰水期,2000年达最高值,随后呈波动性降低趋势。从总体上看,径流年际变化存在一定的周期性波动,2个丰水时间段为1980年代后期至1990年代初期和2000年以后。2000年以后上、中、下游各站径流量总体呈快速增长趋势。1998—2000年3个测站年径流量均剧增,这可能是受1998年大洪水影响所致。

通过分析雅江流域的年平均雪深变化(图5～6)发现,1980年代年平均雪深的气候倾向率为-0.10 cm·(10 a)-1,1980—1984年雅江流域年平均雪深呈显著下降趋势(P<0.05),1985—1988年年平均雪深呈波动性下降趋势,距平普遍为负值。1989—1998年年平均雪深呈显著上升趋势(P<0.05),距平值在1991年之后也升高为正值,10 a间年平均雪深的气候倾向率为0.18 cm·(10 a)-1,与整个青藏高原1980—1995年年平均雪深呈显著线性上升趋势〔约为0.06 cm·(10 a)-1〕的研究结论一致[19-20],但高于青藏高原的上升幅度。1998年雅江流域平均雪深达到峰值0.25 cm,与降水峰值年份相同。1998—2007年积雪深度呈波动下降趋势,10 a间年平均雪深的气候倾向率为-0.05 cm·(10 a)-1。

图5　1980—2007年雅鲁藏布江流域年平均雪深变化

图6　1980—2007年雅鲁藏布江流域年平均雪深距平序列

4雅江流域高寒湿地对气候变化的响应

4.1河流湿地

雅江流域上、中、下游高寒湿地面积与自然气候因子的灰色关联度见表4。由表4可知,年均温和年均最高温与河流面积的关联性均达显著水平(P<0.05)。近30 a雅江流域气温总体呈升高趋势,而河流湿地面积总体上也呈增加趋势。由于雅江流域高寒的气候特征,现代冰川多发育于此,冰雪融水也成为河流、湖泊等湿地水体的重要补给水源。气候升高会引起冰川萎缩,冰川融水产生的冰川径流直接汇入其下段的河流、湖泊等湿地水体,对这些水体的径流变化产生影响[20-21]。

1980年代雅江流域年平均雪深呈显著下降趋势,而同期冰川也呈现退缩状态[22],这说明冰川末端融化引起冰雪融水增多,雪水流入附近的河流后使得河流径流量增加。前文研究结果显示,从1984年开始河流径流量呈上升趋势,1980—1990年河流面积增加172.93 km2。 而进入2000年后,2000—2010年雅江流域多年平均气温为7.69 ℃,年均温距平几乎普遍呈正值(图3),为近30 a来最温暖时期。冰川退缩进一步加剧,年平均雪深也再次呈现缓慢降低趋势,使得融雪量增加,冰雪融水变多。以融水补给为主的尼洋河、易贡藏布等支流以及干流中游河段径流量增加,上、中、下游各站径流量在近10 a间快速增长,与1980年代相比分别增加28.4%、34.9%和21.7%(图4)。因此,冰雪融水和降水量的增加使得河流面积在2000—2010年出现快速增长,面积动态变化度为1.68%(表2),而同期年均温的气候倾向率也高达1.20 ℃·(10 a)-1,说明气温升高最迅速的10 a也是河流面积增加最为剧烈的时期。

表4雅鲁藏布江流域上、中、下游高寒湿地面积与自然气候因子的灰色关联度

Table 4Gray relational analysis of the areas of alpine wetlands in the upper, middle and lower reaches of the Yarlung Zangbo River Valley with natural meterological factors

流域湿地类型关联度年均温年均最高温年均最低温年均相对湿度年降水量年蒸发量上游河流0.8684*0.9346*0.61540.8262*0.68690.8018湖泊0.8723*0.8835*0.67570.82630.72230.8040*沼泽0.8281*0.9103*0.61660.8233*0.66900.8246人工湿地0.8119*0.8771*0.65080.7931*0.6639*0.8114*中游河流0.8652*0.8977*0.56490.81920.69640.7417湖泊0.8284*0.8990*0.56180.8512*0.71730.7993沼泽0.8310*0.8904*0.60390.8666*0.75330.8418*人工湿地0.7957*0.7428*0.62110.71600.68440.6239下游河流0.7042*0.6854*0.7476*0.68530.63520.6225湖泊0.7693*0.8292*0.62780.72150.65350.7079沼泽0.8023*0.8606*0.65860.74060.57330.6824人工湿地0.67080.66010.70420.65700.71030.6611

*表示P<0.05。

4.2湖泊湿地

由表4可知,年均温和年均最高温这2个因素与雅江上、中、下游地区湖泊面积均呈显著关联关系(P<0.05),说明气温是与湖泊面积动态变化的最主要的关联因子。雅江流域内较大的湖泊一般均发育在河谷的开阔地段,而小型湖泊则分布在各支流的源头附近,是冰川在长期进退消融过程中对地表局部挖蚀、堆积的结果,因此冰川作用在很大程度上影响着湖泊水情[7,20]。近30 a雅江流域年平均雪深呈现先降低后升高又降低的波动变化趋势,由此引起的融雪雪水量也呈现先增加后降低又增加的变化趋势,这与湖泊面积的动态变化规律一致(表2),而发生冰川退缩的区域附近也常常伴随出现小型湖泊(面积<10 km2)的扩张。雅江上游的湖泊面积变化除与气温显著关联之外,还与年均蒸发量显著关联(P<0.05)。这是因为对于上游地区封闭的内陆湖泊[7]来说,其水源的主要输出途径是蒸发,而降水量的增加和蒸发量的减少成为湖泊面积在近30 a总体呈持续增长的主要原因。另一方面,通过转移矩阵计算,笔者发现1980年以来有91.78%～97.86%的沼泽湿地转变为小型湖泊,这可能是因为冰川退缩的加快引起了以冰川融水补给为主的湖泊水位上涨,湖泊面积增大,导致周边沼泽湿地被淹没,使其陆续转变成小型湖泊。

4.3沼泽湿地

对沼泽湿地而言,年均温、年均最高气温和年均相对湿度这3个因子与其关联度大多达显著水平(P<0.05)。由于气温升高导致冰雪融水增加,沼泽湿地转变为湖泊湿地;此外,不断升高的气温使得与沼泽湿地息息相关的多年冻土层不断消融[23],从而加速了沼泽湿地的退化。另一方面,高原湿地消耗水分的主要途径是蒸散发,而与蒸散发直接相关的一个重要因子是相对湿度[24]。近30 a间雅江流域上、中、下游年平均相对湿度有不同程度下降(图3),说明该流域气候呈干热化发展趋势。相对湿度的降低意味着植物生长季内空气湿度饱和差增大,这必然会促使生长季内蒸散发量增加,从而为沼泽湿地水分的不断丧失创造条件;同时较低的相对湿度也促使植被的蒸腾作用加剧,导致土壤墒情恶化[25]。上述原因都对植被生长构成危害,这也可能是高原沼泽草甸植被发生退化、沼泽萎缩的原因之一。

4.4人工湿地

从整个雅江流域看,人工湿地变化主要受人类活动干扰,与特定气象因子的关联性大多不显著。但上中游的人工湿地面积变化与气温显著关联(表4),这可能是由于随着气温升高上中游的稻田人工湿地种植面积扩大。近30 a间雅江流域人工湿地面积增幅达164%,且人工湿地大幅增加主要发生在1990—2000年。1991年开始,国家对雅江中游及其支流拉萨河、年楚河实施“一江两河”开发,重点扶持种植业、农业和公路、大坝、水库等的建设[13]。该项目的实施是1990年代以来雅江流域人工湿地面积增加的主要驱动力。

5结论

通过野外调查和遥感目视解译相结合的方法分析了1980—2010年雅江流域湿地的变化特征,同时利用同期气候、径流和雪深数据讨论了其与雅江湿地面积变化的关联关系。总体上来看,沼泽、河流和湖泊湿地构成了雅江流域湿地的主体,占雅江湿地总面积的99.77%,而水稻田和水库等人工湿地分布较少,仅占湿地总面积的0.23%。近30 a来雅江流域年均温、年均最高温和年均最低温总体呈显著增加趋势,年均蒸发量呈显著下降趋势,降水量波动较大,年均相对湿度呈不显著下降趋势。雅江流域高寒湿地的动态变化与气候变化密切相关,尤其是年均温、年均最高温和年均相对湿度。近30 a来河流湿地面积、雅江5大支流的干流河长增加主要是受年均温和年均最高温升高影响所致;湖泊面积总体呈增加趋势,主要与气温升高有关;沼泽湿地面积持续降低,这与区域气温升高以及年均相对湿度降低显著关联;水库、水稻田等人工湿地面积增加则主要是受人类活动影响。

由于该研究首次尝试摸清雅江全流域的湿地动态变化,对于较大范围内卫星遥感影像的使用存在一定的局限性,各类卫星资料的获取时间不在同一个季相,使得获取的湿地变化情况可能存在一定误差。另外,由于缺乏雅江流域更多站点的水文观测数据和湖泊周围冰雪融水的变化情况资料,对于冰川变化引起的湖泊、河流变化以及它们之间的相互作用等问题尚需进一步的深入研究。

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(责任编辑： 许素)

Dynamic of the Alpine Wetlands and Its Response to Climate Change in the Yarlung Zangbo River Valley in Recent 30 years.

LIUDong1,WANGTao2,SHENWei-shou1,LINNai-feng1,ZOUChang-xin1

(1.Nanjing Institute of Environmental Sciences, Ministry of Environmental Protection, Nanjing 210042, China；2.School of Geography and Remote Sensing, Nanjing Universitos of Information Science & Technology, Nanjing 210044, China)

Abstract:The knowledge about dynamic of the alpine wetlands in the Yarlung Zangbo River Valley and its response to climate change would help understand in depth variation of the alpine ecosystem of the Qinghai Tibet Plateau and its response to global climate change. Information dynamics of the wetlands, in area, in the Yarlung Zangbo River Valley was extracted from the remote sensing images and data transmitted from the Landsat and Environmental Satellite #1 in 1980, 1990, 2000 and 2010, and collated with the data obtained in field surveys and the recent 30 years of metereological, hydrological and snow-accumulation data to explore dynamics of wetlands and its response to climate change. Results show that in 2010 alpine wetlands accounted for 3.73% of the whole valley in area, with swampy wetlands being the largest in area and accounting for 59.46% of the total area of the wetlands, followed by riverine wetlands (30.19%), lacustrine wetlands (10.13%) and man-made wetlands (0.23%). In the recent 30 years riverine and lacustrine wetlands have been on a rising trend in area, while swampy wetlands on a reverse trend. The Yarlung Zangbo River Valley has been on a rising trend in annual mean temperature, mean annual maximum temperature, and mean annual minimum temperature, fluctuating greatly or on a slightly, but not apparently, rising trend in precipitation, and a declining trend, though not apparent, in mean relatively humidity. The changes in annual mean temperature and mean annual maximum temperature were significantly related to the changes in the area of the lakes in the valley; the increases in the area of the riverine wetlands and in the length of the main streams of the five major tributaries of the Yarlung Zangbo River were to the changes in annual mean temperature, mean annual maximum temperature, and mean annual minimum temperature; and the area of the swampy wetlands was to the air temperature and annual mean relative humidity. The country′s strategy of construction, like building dams and reservoirs is the major driving force of the increase in the area of man-made wetlands in the river valley.

Key words:alpine wetland;Yarlung Zangbo River;climate；response

作者简介：刘冬(1984—),女,河南洛阳人,助理研究员,博士,主要从事气候变化与生态安全方面的研究。E-mail: liudong@nies.org

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.02.012

中图分类号：X22；X37

文献标志码：A

文章编号：1673-4831(2016)02-0243-09

通信作者①E-mail： zcx@nies.org

基金项目：国家“十二五”科技支撑计划(2012BAC19B06-1);国家自然科学基金青年基金(41501596)；江苏省普通高校研究生科研创新计划(KYLX15_0869)

收稿日期：2015-03-26