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那曲地区位于素有“江河源”、“气候调节器”之称的青藏高原腹地,又是我国气候条件最为恶劣、生态环境极为脆弱的典型区域,草地荒漠化是最严重的生态问题之一。因此,利用遥感和气候资料评价草地荒漠化,对她及其周边地区的生态建设和社会可持续发展具有重要意义。
本文利用1982~2000年NOAA/AVHRR1、2、4、5通道的8km×8km旬资料、72个气象站1961~2000年逐日气象资料和试验资料,用世界粮农组织(FAO)在1998年推荐的Penman-Menteith模式计算潜在蒸散量;用常规统计方法和墨西哥帽小波变换分析了那曲地区近40年气温、降水、潜在蒸散、水汽压、日照时数和风速的地理分布以及年内、年际、年代际变化规律;比较了5种湿润度指标在青藏高原的适用性,分析了青藏高原干湿气候区界线的动态变化;首次用18年平均NDVI旬资料、主成分分析和非监督分类方法把那曲地区草地分为高寒草甸、高寒草甸草原、高寒草原和高寒荒漠4种类型;用统计方法分析了遥感植被指数与8个气候因子的关系;建立了草地产量遥感模型;建立了那曲地区草地荒漠化遥感监测指标体系,分析了各指标近20年的时空变化特征,确定了草地荒漠化评价“基准”和分级标准,首次分析了那曲地区近20年草地荒漠化面积比例时空变化特征及其与8个气候因子的关系。主要成果如下:
(1)那曲地区近40年来气候总体在向暖湿方向发展,未来10年继续暖湿化的可能性比较大。近40年来青藏高原湿润、半湿润、半干旱、干旱和极端干旱5个气候区的区平均湿润度均呈增加趋势,青藏高原和那曲地区的湿润和半湿润气候区的面积均呈扩大趋势。
(2)4个草地类型的NDVI年内变化均呈单峰型,年最大值出现在8月。近20年来那曲地区植被状况的变化比较小,占那曲地区总面积12.1%的地区植被活动在减弱,这些地区主要分布在西部的尼玛和东部的嘉黎、比如、索县和巴青等县。
(3)影响NDVI年内变化最显著的气候因子是最低气温,紧接着是水汽压、平均气温、最高气温、降水量、风速和日照时数,其中风速和日照时数与NDVI呈负相关,其它要素均呈正相关。NDVI与最低气温、水汽压、平均气温、最高气温和降水量的滞后时间约20~40天,日照时数0~10天,与风速没有滞后现象。影响NDVI年际变化最显著的气候因子是潜在蒸散量,紧接着是风速、日照时数、水汽压、最高气温、降水量、最低气温和平均气温。其中水汽压与NDVI的相关程度明显大于降水量、日照时数与NDVI呈负相关及其潜在蒸散量对NDVI年际变化的影响显著大于其它因子,是本文的新发现。
(4)确定植被覆盖度、年最大牧草鲜重和6~9月平均改进型土壤调节植被指数作为那曲地区草地荒漠化遥感监测指标。那曲地区5年滑动平均草地退化面积占总面积比例的20年平均值为43.1%,总体呈减少趋势,其中前10年呈下降趋势,后10年呈增加趋势,最高值在1983~1987年,为58.7%,最小值在1990~1994年,13.5%,西北地区的退化面积大于其它地区。那曲地区近20年和近15年来草地植被在改善,但近10来则在退化。8个气候要素中,与草地退化面积比例关系最显著的是潜在蒸散量,潜在蒸散量与总退化面积比例的相关系数为0.6380,与中度退化面积比例为0.7156。
(5)利用青藏高原曲麻莱、河南、同德和甘德4个常规牧试站天然草场的0~50cm土壤水分实测资料和气象观测资料,建立了高寒草地土壤水分监测和预测模型。