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冰雪覆被是干旱区景观格局的重要组成类型,同时也是区域宝贵的固态水资源存储形式。近年来,受全球变化态势不断加剧以及人类活动干扰强度增加等因素的影响,新疆山区的冰雪覆被面积急剧退缩,直接导致了该区域水资源储备的大幅波动,干旱区绿洲景观格局也剧烈演变。这对于整个新疆地区的可持续发展及生态系统稳定是一个严峻的考验。因此,深入了解冰雪覆被景观的变化规律及特点,研究冰雪覆被变化与人为干扰间的耦合机制,探讨不同情景模式下的景观格局未来发展演变规律对指导区域的生态文明建设、规范人类活动以及维持绿洲稳定长久发展等均具有十分重要的意义。
天山区域是新疆冰雪覆被资源最为丰富的山系之一,受全球变化及人类活动等的影响,其景观格局结构及空间布局发生了较大变化。因此,本文选取天山区域为研究区,以1980、1990、2000、2010和2015年五期土地利用数据为主体数据源,基于景观生态学理论及方法,分析了其土地利用变化特点及景观格局演变规律。为探讨人类活动干扰与景观格局变化间响应关系,选择天山区域内的典型小流域——博斯腾湖流域为样区,结合广泛使用的小区域尺度景观格局预测模型——CLUE-S模型与情景分析方法,模拟不同情景下的博斯腾湖流域未来景观格局空间分布,研究不同情景下冰雪覆被的变化趋势。本研究主要结论如下:
(1)1980-2015年间,天山区域景观格局结构和空间布局均发生了显著变化。在景观结构上的变化主要体现在:草地、耕地和城建用地面积的大幅增加,以及与此相对应的未利用地和冰雪面积的骤减。其中草地面积增量最大,研究期内,其面积增加了27524km2,面积所占比例从45.32%提升至52.24%,城建用地和耕地的面积增幅最大,分别达到了187%和46%;水体面积经过一个先减后增的“V”字型变化趋势后,面积比例稍有增加;林地面积持续增加,其面积比例从1980年的3.65%增加至2015年的4.71%;未利用地和冰雪的面积减少,其中以未利用地减少量最大,其面积减少了41546km2,面积占比从研究初期的39.02%跌落至2015年的28.58%,跌幅达到26.76%。
(2)天山区域的冰雪主体分布在伊犁河谷及天山北麓等海拔较高山区,主要是由于其地理位置及气候等因素造成的。冰雪覆被的面积变化呈“增-减-增”的波动变化特点,2000年其面积比例达到最大值(4.11%),2000-2010年间又经历了一个“断崖式”下跌的过程,到研究期末,其面积比例稳定在2.42%,较研究初期降低了37.93%。冰雪面积的增减主要集中在与草地、林地和未利用地间的相互转化上。
(3)在各景观类型间的转移变化上,未利用地和冰雪是主要转出景观类型,草地和耕地是净转入量最大的景观类型,2000-2010年是转化速率和强度最大的时期。除冰雪覆被外,其他景观类型间均有相互的转入和转出,不同时期的主要转出和转入景观类型、转移速率和强度都存在明显差别。
(4)研究期内,天山区域整体景观格局破碎化加剧,斑块数量显著增加,斑块形状也由复杂趋向简单化、规则化,整体景观异质性降低,均衡性增加,各景观类型间的空间连接性也呈增加趋势。在类别水平上,各景观类型的破碎化程度均有不同程度的加剧,尤其以未利用地和城建用地最为明显;耕地、城建用地的最大斑块指数逐年递增,反映了其空间上的扩张态势,草地斑块的空间分布越来越分散,分离度指数有所增加,水体也有一定程度上的破碎化加剧趋势。总体来看,各景观类型在类别水平上的景观格局变化特征与整体景观的变化特征保持一致。
(5)基于Logistic回归分析方法,从地形因素、距离因素、自然因素及社会经济因素四个方面筛选了高程、地形起伏度、距河流距离、人口密度、年降水量等14个驱动因子,分别计算各驱动因子对不同景观类型的回归系数,并对不同尺度下Logistic回归分析结果进行ROC检验来确定最佳模拟尺度。最终确定500m*500m尺度下模拟效果最好。Logistic回归分析结果还表明,对于不同的景观类型,影响其空间格局变化的驱动因子也不尽相同。
(6)CLUE-S模型的预试验结果表明:该模型正确模拟的比例达87%,Kappa指数为0.85,模拟效果良好。在此基础上,分别模拟并分析了自然增长、经济发展和生态保护三种情景下2030年样区的冰川景观格局空间分布情况,结果显示:三种情景模式下的整体景观格局并未有较大差异,其中,冰雪覆被面积的变化体现在:自然增长情景下的冰雪覆被面积消融最少,消融速率也最低;该情景下冰雪覆被剩余面积为36163hm2;在生态保护情景下,冰雪覆被面积较2015年下降了7.49%,冰雪消融速率高于自然增长情景;在经济发展情景下,冰雪覆被面积较2015年渐少8.47%,是三种情景中减少量最多的。影响冰雪覆被面积变化的原因除了气温升高及冰川自身特性之外,人类活动也成为了不可忽视的重要因素之一。
天山区域是新疆冰雪覆被资源最为丰富的山系之一,受全球变化及人类活动等的影响,其景观格局结构及空间布局发生了较大变化。因此,本文选取天山区域为研究区,以1980、1990、2000、2010和2015年五期土地利用数据为主体数据源,基于景观生态学理论及方法,分析了其土地利用变化特点及景观格局演变规律。为探讨人类活动干扰与景观格局变化间响应关系,选择天山区域内的典型小流域——博斯腾湖流域为样区,结合广泛使用的小区域尺度景观格局预测模型——CLUE-S模型与情景分析方法,模拟不同情景下的博斯腾湖流域未来景观格局空间分布,研究不同情景下冰雪覆被的变化趋势。本研究主要结论如下:
(1)1980-2015年间,天山区域景观格局结构和空间布局均发生了显著变化。在景观结构上的变化主要体现在:草地、耕地和城建用地面积的大幅增加,以及与此相对应的未利用地和冰雪面积的骤减。其中草地面积增量最大,研究期内,其面积增加了27524km2,面积所占比例从45.32%提升至52.24%,城建用地和耕地的面积增幅最大,分别达到了187%和46%;水体面积经过一个先减后增的“V”字型变化趋势后,面积比例稍有增加;林地面积持续增加,其面积比例从1980年的3.65%增加至2015年的4.71%;未利用地和冰雪的面积减少,其中以未利用地减少量最大,其面积减少了41546km2,面积占比从研究初期的39.02%跌落至2015年的28.58%,跌幅达到26.76%。
(2)天山区域的冰雪主体分布在伊犁河谷及天山北麓等海拔较高山区,主要是由于其地理位置及气候等因素造成的。冰雪覆被的面积变化呈“增-减-增”的波动变化特点,2000年其面积比例达到最大值(4.11%),2000-2010年间又经历了一个“断崖式”下跌的过程,到研究期末,其面积比例稳定在2.42%,较研究初期降低了37.93%。冰雪面积的增减主要集中在与草地、林地和未利用地间的相互转化上。
(3)在各景观类型间的转移变化上,未利用地和冰雪是主要转出景观类型,草地和耕地是净转入量最大的景观类型,2000-2010年是转化速率和强度最大的时期。除冰雪覆被外,其他景观类型间均有相互的转入和转出,不同时期的主要转出和转入景观类型、转移速率和强度都存在明显差别。
(4)研究期内,天山区域整体景观格局破碎化加剧,斑块数量显著增加,斑块形状也由复杂趋向简单化、规则化,整体景观异质性降低,均衡性增加,各景观类型间的空间连接性也呈增加趋势。在类别水平上,各景观类型的破碎化程度均有不同程度的加剧,尤其以未利用地和城建用地最为明显;耕地、城建用地的最大斑块指数逐年递增,反映了其空间上的扩张态势,草地斑块的空间分布越来越分散,分离度指数有所增加,水体也有一定程度上的破碎化加剧趋势。总体来看,各景观类型在类别水平上的景观格局变化特征与整体景观的变化特征保持一致。
(5)基于Logistic回归分析方法,从地形因素、距离因素、自然因素及社会经济因素四个方面筛选了高程、地形起伏度、距河流距离、人口密度、年降水量等14个驱动因子,分别计算各驱动因子对不同景观类型的回归系数,并对不同尺度下Logistic回归分析结果进行ROC检验来确定最佳模拟尺度。最终确定500m*500m尺度下模拟效果最好。Logistic回归分析结果还表明,对于不同的景观类型,影响其空间格局变化的驱动因子也不尽相同。
(6)CLUE-S模型的预试验结果表明:该模型正确模拟的比例达87%,Kappa指数为0.85,模拟效果良好。在此基础上,分别模拟并分析了自然增长、经济发展和生态保护三种情景下2030年样区的冰川景观格局空间分布情况,结果显示:三种情景模式下的整体景观格局并未有较大差异,其中,冰雪覆被面积的变化体现在:自然增长情景下的冰雪覆被面积消融最少,消融速率也最低;该情景下冰雪覆被剩余面积为36163hm2;在生态保护情景下,冰雪覆被面积较2015年下降了7.49%,冰雪消融速率高于自然增长情景;在经济发展情景下,冰雪覆被面积较2015年渐少8.47%,是三种情景中减少量最多的。影响冰雪覆被面积变化的原因除了气温升高及冰川自身特性之外,人类活动也成为了不可忽视的重要因素之一。