青藏高原及其周边地区水储量变化的独立成分分析_文汉江
, ; ,Wu 1. C h i n e s e A c a d e m o f S u r v e i n a n d M a i n B e i i n 1 0 0 8 3 0,C h i n a 2. S c h o o l o f G e o d e s a n d G e o m a t i c s h a n y y g p p g j g y , Wu ; 3. S , NA U n i v e r s i t h a n 3 0 0 7 9, C h i n a a t e l l i t e u r v e i n n d a i n l i c a t i o n e n t e r S G, B e i i n 4 S M C y y g p p g p p j g a A 1 0 1 3 0 0, C h i n a
:W A b s t r a c t e f i r s t u s e t h e i n d e e n d e n t c o m o n e n t a n a l s i s( I C A)m e t h o d t o d e c o m o s e t h e w a t e r s t o r a e p p y p g ( — ) ( c h a n e s d e r i v e d f r o m 1 3 2m o n t h s 2 0 0 3 0 1 2 0 1 3 1 2 g r e c o v e r a n d c l i m a t e e x e r i m e n t G R A C E) r a v i t - - g y p y , m e a s u r e m e n t s a n d t h e n c o m a r e t h e r e s u l t s w i t h t h o s e f r o m N O AH a n d WG HM h d r o l o i c a l m o d e l s .T h e p y g c o m a r i s o n r e s u l t s o f c o m o n e n t s s h o w t h a t t h e f i r s t c o m o n e n t s f r o m t h e w a t e r s t o r a e c h a n e s a n d r i n c i a l p p p g g p p , h d r o l o i c a l m o d e l s a r e e w e l la n d t h e c o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t s a r e 0 . 8 8 4a n d 0 . 8 7 7r e s e c t i v e l . I t s h o w s t h a t y g g p y G R A C E d e r i v e d w a t e r s t o r a e c h a n e s a n d h d r o l o i c a l m o d e l s o v e r T i b e t a n P l a t e a u a n d i t s s u r r o u n d i n a r e a s g g y g g , h a v e a s t r o n c o n s i s t e n c . F o r s a t i a l a t t e r n t h e a m l i t u d e s o f G R A C E d e r i v e d w a t e r s t o r a e c h a n e s a r e - g y p p p g g ,w t h a n t h a t o f h d r o l o i c a l m o d e l s h i c h m a b e c a u s e d b t h e c h a n e s i n c l u d e d i n t h e l a r e r r o u n d w a t e r y g y y g g g G R A C E d e r i v e d w a t e r s t o r a e c h a n e s . - g g : ; ; ; w o r d s i n d e e n d e n t c o m o n e n t a n a l s i s w a t e r s t o r a e c h a n e s G R A C E h d r o l o i c a l m o d e l s K e p p y g g y g y : ( ( ) ; F o u n d a t i o n s u o r t T h e N a t i o n a l B a s i c R e s e a r c h P r o r a m o f C h i n a 9 7 3P r o r a m) N o . 2 0 1 3 C B 7 3 3 3 0 2 T h e p p g g ; ) ; N a t i o n a l N a t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f C h i n a( N o s . 4 1 2 7 4 0 3 1 4 1 4 0 4 0 1 4 C h i n e s e A c a d e m o f S u r v e i n a n d y y g ) M a i n F u n d a m e n t a l S c i e n t i f i c R e s e a r c h E x e n s e s( N o . 7 7 7 1 4 1 5 p p g p 摘 要: 采用 2 0 0 3年1月至2 0 1 3年1 2月共1 3 2个月的 G R A C E 卫星数据反演得到的水储量变化信 息, 利用独立成分分析方法将水储量变化信息分解成多个信号成分 , 然后与 NOAH 和 WGHM 两 个 水 文模 型 的 分 析 结 果 进 行 比 较 。 成 分 对 比 结 果 表 明 , G R A C E 反 演 得 到 的 水 储 量 变 化 与 NOAH 和 相关系数分别是 0. WGHM 水文模型在第一个主成分方面符合很好 , 8 8 4 和 0. 8 7 7。 说明 G R A C E 反演 的水储量变化和水文模型在青藏 高 原 及 其 周 边 区 域 具 有 很 强 的 一 致 性 。 从 空 间 模 式 上 看 , G R A C E反 可能与 G 演水储量变化信号的强度比水文模型信号要大 , R A C E 反演 的 水 储 量 变 化 还 包 括 地 下 水 的 变 化情况等有关 。 关键词 : 独立成分分析 ; 水储量变化 ; 水文模型 G R A C E; ( ) 中图分类号 : P 2 2 7 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 1 1 5 9 5 2 0 1 6 0 1 0 0 0 9 0 7 - - - ) ; ; 基金项目 : 国家 9 国家自然科学基金( 中国测绘科学研 7 3 计划 ( 2 0 1 3 C B 7 3 3 3 0 2 4 1 2 7 4 0 3 1; 4 1 4 0 4 0 1 4) ) 究院基本科研业务费 ( 7 7 7 1 4 1 5 对于了 提取大尺度 范 围 的 水 储 量 变 化 信 息 , 解区域水循环和提高水资源的利用效率是非常有 用的 。 通过 G R A C E 卫星提供的数据可以监测全 球范围陆地水 储 量 的 变 化 , 而对 G R A C E 得到的 陆地水储量变化 信 息 进 行 准 确 的 估 计 和 分 析 , 还
1] 。 需要一个合适的信号分离过程 [
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J a n u a r 2 0 1 6V o l . 4 5N o . 1AG C S y
青藏高原及其周边地区水储量变化的独立成分分析文汉江1, 黄振威1, 来自友雷1, 刘焕玲2, 朱广彬3
北京 1 湖北 武汉 4 1.中国测绘科学研究院 , 0 0 8 3 0; 2.武汉大学测绘学院 , 3 0 0 7 9; 3.国家测绘地理信 息局卫星测绘应用中心 ,北京 1 0 1 3 0 0
I n d e e n d e n t C o m o n e n t A n a l s i s o f W a t e r S t o r a e C h a n e s I n t e r r e t a t i o n o v e r p p y g g p T i b e t a n P l a t e a u a n d I t s S u r r o u n d i n A r e a s g
第4 5卷 第1期 0 1 6年1月 2
测 绘 学 报
A c t a G e o d a e t i c a e t C a r t o r a h i c a S i n i c a g p
V o l . 4 5,N o . 1 , J a n u a r 2 0 1 6 y
] : : 引文格式 : 文汉江 , 黄振威 , 王友雷 , 等. 青藏 高 原 及 其 周 边 地 区 水 储 量 变 化 的 独 立 成 分 分 析 [ 测 绘 学 报, J . 2 0 1 6, 4 5( 1) 9 1 5. D O I 1 0. - / . AG C S. 2 0 1 6. 2 0 1 4 0 4 4 7. 1 1 9 4 7 j , HUANG , WANG , WE N H a n i a n Z h e n w e i Y o u l e i e t a l . I n d e e n d e n t C o m o n e n t A n a l s i s o f W a t e r S t o r a e C h a n e s j g p p y g g [ ] , ( ) : o v e r T i b e t a n P l a t e a u a n d i t s S u r r o u n d i n A r e a s J . A c t a G e o d a e t i c a e t C a r t o r a h i c a S i n i c a 2 0 1 6, 4 5 1 9 1 5. I n t e r r e t a t i o n - g g p p : / D O I 1 0. 1 1 9 4 7 . AG C S. 2 0 1 6. 2 0 1 4 0 4 4 7. j
2022年高考地理二轮复习:水资源调配 专项练习题精选汇编(Word版,含答案)
2022年高考地理二轮复习:水资源调配专项练习题精选汇编一、选择题:本大题共25小题,每小题2分,共50分。
在每个小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的。
一、单选题2020年7月20日,TBM1标隧洞的全线贯通,标志着大水网中部黄工程201km的总干线全线贯通。
中部引黄工程99%为地下工程,其中隧洞建设总长度501.5km。
下图为引黄入晋调水工程路线图。
据此完成下面小题。
1.中部引黄调水工程采用隧洞调水的目的是()①减少蒸发①增加下渗,回补地下水①改善沿线生态环境①保障水质A.①①B.①①C.①①D.①①2.沿线所建的多个水库对引黄入晋调水工程的主要作用是()A.使调水总量增加B.增加落差,自流输水C.维持生物多样性D.调节输水量的变化陕西省水资源分布空间差异明显,地处渭河流域的关中地区水资源总量仅为陕南汉江流域的约四分之一。
正在建设中的引汉济渭工程通过长约98公里的自流输水隧洞将汉江流域的水调至渭河流域(下图)。
据此完成下面小题。
3.导致陕南地区与关中地区水资源总量出现较大差异的主要自然因素为()A.海陆位置B.大气环流C.流域形状D.海拔高度4.将汉江流域的水调至渭河流域采用自流输水隧洞有利于()①节约投资成本①缩短建设周期①降低运营成本①克服地形屏障A.①①B.①①C.①①D.①①引江济淮工程(下图)是我国继南水北调、三峡水利枢纽之后的又一项壮举。
输水线路在与淠河总干渠交会时,没有按照国内输水工程的经验通过地下隧洞“下穿”输水,而是将原淠河总干渠载弯取直,建设了一座从引江济淮主河道凌空而过的渡槽水桥,形成了“河上有河、船上有船”的水上立交奇观(下图)。
据此完成下面各题。
5.输水线路经过巢湖的原因是()A.接受巢湖补水,增加输水量B.利用既有水道,减少建设难度C.利用巢湖净水,提高北调水质D.连接沿岸城市,发挥供水作用6.输水线路在与淠河总干渠交会时,没有采用“下穿”方式的原因是()A.技术难度大B.地质条件复杂C.建设成本高D.工程作用受限松花江流域河川径流408亿立方米,而辽河上游西辽河仅存干涸的故道,中下游地区水资源严重危机。
2018-2022年青海省主要湖泊蓄水量时空变化数据集
2018-2022年青海省主要湖泊蓄水量时空变化数据集张怀文;曹引;赵红莉;蒋云钟;严登明;赵慧子【期刊名称】《中国科学数据(中英文网络版)》【年(卷),期】2024(9)1【摘要】青海省是中国西北部重要的生态功能区,水资源总量丰富,但时空分布极不均匀,且由于气候、地理环境等因素的影响,大部分湖泊长期缺乏监测。
而湖泊作为地表水水资源的重要载体,是研究气候变化和人类活动对水循环过程影响的重要指示器。
国产高分一号、六号卫星宽幅相机空间分辨率为16 m,组网运行可实现2天重复观测,可以高频次获取地表水体面积;ICESat-2激光测高数据具备厘米级的测高精度,可以获取高精度的地表水体测高水位。
本数据集基于GF-1/6WFV水体面积和ICESat-2测高水位构建青海省湖泊蓄水量遥感监测模型,通过遥感手段对青海省湖泊蓄水量进行时空变化监测。
经验证,本数据集中湖泊蓄变量监测精度总体优于93%,满足湖泊蓄水量时空变化遥感监测需求。
本数据集在时间尺度上涵盖2018-2022年,共计60期月度监测结果;空间尺度上覆盖了青海省面积大于30 km^(2)的33个湖泊,主要集中分布在青海省西部、北部、东南部,可为青海省湖泊、水文与气候变化过程监测、水资源动态评价、优化水资源管理与调度提供基础数据支撑。
【总页数】14页(P314-327)【作者】张怀文;曹引;赵红莉;蒋云钟;严登明;赵慧子【作者单位】兰州交通大学测绘与地理信息学院;甘肃省地理国情监测工程实验室;地理国情监测技术应用国家地方联合工程研究中心;中国水利水电科学研究院水资源研究所;水利部数字孪生流域重点实验室;黄河勘测规划设计研究院有限公司【正文语种】中文【中图分类】TP3【相关文献】1.青海省主要河流径流时空分布规律及其变化趋势分析2.1969—2018年青海省生长季降水时空变化特征3.青海省黑河上游地区1961~2019年降水量时空变化特征研究4.蒙古高原250 m分辨率植被生长季NDVI年际时空变化数据集(2001-2021年)5.2000-2020年珠三角30 m空间分辨率植被覆盖度时空变化数据集因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
青藏高原水资源现状与问题
2023-11-08•青藏高原概述•水资源现状•水资源问题目录•水资源保护与治理•水资源未来发展与挑战01青藏高原概述位于中国西南部,是世界上海拔最高的高原之一平均海拔在4000米以上,地势高耸,地形复杂青藏高原是亚洲多条重要河流的发源地,如长江、黄河、澜沧江等地理环境高原上大部分地区气候寒冷,全年气温较低,冰雪覆盖时间长降水主要集中在夏季,且多以暴雨形式出现,冰川和冻土发育广泛气候条件青藏高原拥有丰富的水资源,主要分布在高原上的湖泊、河流和冰川青藏高原是中国的重要水源地之一,为周边地区提供了重要的水源水资源概况02水资源现状主要河流青藏高原拥有众多河流,如雅鲁藏布江、澜沧江、怒江等,这些河流是青藏高原重要的水资源。
主要湖泊青藏高原拥有许多湖泊,如纳木错、青海湖等,这些湖泊是青藏高原重要的水资源。
河流湖泊冰川与冻土冰川资源青藏高原拥有大量的冰川,这些冰川储存了大量的淡水资源。
冻土资源青藏高原存在大面积的冻土,这些冻土对保持水分和调节气候具有重要作用。
水质与水量水质青藏高原的水质总体良好,但受到人类活动和自然因素的影响,部分地区的水质存在一定的问题。
水量受气候变化和人类活动的影响,部分地区的水量减少或波动较大,影响了当地居民的生产生活。
青藏高原的农业用水量较大,特别是在干旱和半干旱地区,农业用水对当地的水资源压力较大。
农业用水工业用水居民生活用水随着青藏高原工业的发展,工业用水量逐渐增加,对当地的水资源造成了较大的压力。
随着青藏高原城市化进程的加快,居民生活用水量也逐渐增加,对当地的水资源造成了较大的压力。
03水资源利用020103水资源问题随着青藏高原工业的快速发展,工业废水排放量逐年增加,导致河流、湖泊等水体受到不同程度的污染。
水资源污染工业废水青藏高原的农业活动也带来了大量的污染,包括农药、化肥等残留物,对地下水和地表水造成污染。
农业污染随着城市化进程加快,城市污水排放量也在增加,处理不当的污水直接排放到河流、湖泊等水体中,对水资源造成严重污染。
八年级下册地理练习题及答案
八年级下册地理练习题及答案一、填空题1、我国面积最大的沙漠是()沙漠;()是我国面积最大的岛屿。
2、青藏高原平均海拔在()米以上,有()之称。
3、香港是由()()()三部分及周围二百多个岛屿组成。
4、西气东输工程能够缓解东部地区的()短缺问题。
5、台湾的居民绝大部分是()省和()省移民的后代。
二、选择题(每小题只有一个正确答案)1、地理区域可以划分为多种不同的类型,如x疆维吾尔自治区属于()A.经济区域B.政治区域C.自然区域D.不明确2、800毫米等降水量线大致经过的地方是()A.阴山B.大兴安岭——阴山——贺兰山——冈底斯山C.秦岭——淮河D.大兴安岭——太行山——巫山——雪峰山3、下列地形区位于北方地区的是()A.内蒙古高原B.华北平原C.柴达木盆地D.四川盆地4、很多北方人喜爱滑雪,我国的滑雪场主要分布在东北,这是因为()A.纬度高,冬季气温低B.交通便利C.人口比较稠密D.经济发达5、下列景观代表南方地区的是()A.针叶林B.落叶阔叶林C.林海雪原D.常绿阔叶林6、关于西北地区地形的叙述中正确的是()A.以高原和山地为主B.以高原和平原为主C.以高原和盆地为主D.以平原和盆地为主7、青藏地区的农业生产部门()A.以耕作业为主B.以畜牧业为主C.以林业为主D.以渔业为主8、台湾经济发展特点是()A.以农业为主B.以重工业为主C.以农副产品加工工业为主D.以“进口——加工——出口”为主9、我国面积最大的省级行政区是()A.x藏自治区B.内蒙古自治区C.x疆维吾尔自治区D.青海省10、塔里木河是我国最大的内流河,它的补给水源主要来自()A.天然降水B.地下水C.高山冰雪融水D.天池11、世界上规模最大、保存最完整的宫殿建筑群是()A.故宫B.白宫C.克里姆林宫D.白金汉宫12、香港和澳门都发达的经济部门是()A.建筑业B.旅游业C.重工业D.农产品加工业13、西北地区河流很少,主要原因是()A.地形复杂B.植被稀疏C.降水少D.海拔高14、我国最长的内流河位于()A.青藏地区B.西北地区C.北方地区D.南方地区15、北京属于干湿地区中的()A.湿润地区B.半湿润地区C.干旱地区D.半干旱地区三、连线题将下列牲畜与其分布地区用线连起来A.宁夏①三河马、三河牛B.青藏②细毛羊C.内蒙古③耗牛、藏绵羊D.x疆④滩羊四、判断题1、我国四大地理区域之间存在着很大的差异,但区域内部一般不存在差异。
人教版高中地理必修一第三章《地球上的水》综合题提升训练 (7)(含答案解析)
人教版高中地理必修一第三章《地球上的水》综合题提升训练 (7)一、综合题(本大题共29小题,共580.0分)1.如图为我国某地地质剖面图,读图完成下列各题。
(1)图中甲、乙、丙、丁四处,若该区有石油分布,想钻探石油应该选择在______地,该处的地质构造为______。
(2)图中①②③④环节构成的水循环类型是______,其中②和④环节分别是指______和______。
(3)图中戊处是______地形,其形成原因______。
(4)丙处是______(地貌名称),丁处是______(地貌名称)。
(5)乙处是否适合建大型水库?______,理由是______。
2.阅读材料,完成下列问题。
材料一黄河三角洲湿地,是世界上暖温带保存最广阔、最完善、最年轻的湿地生态系统,黄河每年12.1亿立方米的输沙量造就了这片年轻、宽阔的河口三角洲湿地,黄河在入海口的潮流作用很弱,河口潮流的落差通常只有0.8~1.0米,渤海其实是一个地壳不断下沉的盆地。
材料二黄河三角洲附近不同时期海岸线位置示意图(如图),黄河主要水文站不同时期输沙量比较表(如表)。
从上游至下游水文站唐乃亥站龙门站小浪底站花园口站利津站年份1989年以前多年平均输沙量0.149.7212.2011.609.86(亿吨)1989-2015年平均输沙量(亿0.040.52 3.80 3.71 2.56吨)2016年平均输沙量(亿吨)0.04 1.190.0010.060.11(1)描述图中所示时间海岸线变化特点,试从地质作用角度简析其原因。
(2)根据材料二归纳上世纪80年代以来黄河入海泥沙的变化特点并分析原因。
(3)推测黄河入海泥沙的变化对三角洲湿地产生的影响。
3.阅读图文材料,完成下列要求。
伏尔加河是俄罗斯“母亲河”,伏尔加流域大规模开发始于20世纪30年代,60年代达到高峰,80年代俄罗斯重视生态环境保护,如今伏尔加流域基本还原原生态。
伏尔加河源于东欧平原,注入里海;年径流量2456亿立方米,占流入里海径流量的85%,径流量季节变化大;伏尔加河平均含沙量较低,约是长江平均值的20%,但含沙量季节变化大;伏尔加河河口三角洲是在伏尔加河和里海的共同作用下形成的世界第十大三角洲。
青藏高原河流水文变化分析
青藏高原河流水文变化分析一、引言青藏高原是世界上最大的高原和水源地之一,其河流的水文变化对于全球的水循环和气候变化都具有重要的影响。
近年来,随着全球气候变化的加剧,青藏高原河流水文变化越来越受到关注。
本文将从青藏高原河流的水文特征、水文变化趋势以及可能的原因等方面进行分析。
二、青藏高原河流的水文特征青藏高原是中国的主要水源地,其河流的水文特征主要表现在以下几个方面:1. 河流源头多为高山流域,坡陡流急,水量大,垂直水平分布差异明显;2. 水量呈现季节性波动,主要受降雨和融雪的影响;3. 河流水文物理特性随海拔高度的不同而变化,高海拔区域河流水文特征较为显著。
三、青藏高原河流的水文变化趋势青藏高原河流的水文变化趋势主要表现在以下几个方面:1. 水位变化:随着全球气候变暖,青藏高原河流的水位呈上升趋势。
同时,由于冰川融化加剧,水位波动变得更加剧烈;2. 水量变化:青藏高原河流的水量呈现下降的趋势。
一方面是由于气候变化导致降雨量减少,蒸发量增多;另一方面是由于最近几十年来冰川融化加剧,导致水量下降;3. 水质变化:由于逐渐增加的人类活动和气候变化对青藏高原河流生态系统的影响,河流水质逐渐恶化,其中包括悬浮物、溶解性盐和有机物质等指标。
四、可能的原因青藏高原河流的水文变化趋势受到多种因素的影响。
下面是可能的原因:1. 全球气候变化:全球气候变化导致温度升高、降雨分布不均等影响,从而影响青藏高原河流的水文变化;2. 人类活动:人类活动,如道路建设、水电站开发等,会对青藏高原河流的水文变化产生重大影响;3. 冰川融化:近年来,由于全球气候变化的加剧,青藏高原冰川融化加速,导致河流水位波动更加剧烈,水量逐渐下降。
五、结论随着全球气候变化的加剧,青藏高原河流水文变化越来越受到关注。
青藏高原河流的水文变化趋势主要表现在水位变化、水量变化和水质变化等方面,并受全球气候变化、人类活动和冰川融化等多种因素的影响。
未来,我们需要更多的研究来深入理解青藏高原河流水文变化的规律和原因,并采取相应的应对措施来保护青藏高原的生态环境。
塔里木河流域水储量变化及绿洲生态安全评估
塔里木河流域水储量变化及绿洲生态安全评估张齐飞;陈亚宁;孙从建;向燕芸;郝海超【期刊名称】《干旱区地理》【年(卷),期】2024(47)1【摘要】绿洲是干旱、半干旱地区最具生态敏感性和独特性的景观类型,是维系人类生存和社会经济发展的重要区域。
然而,在气候变化与人类活动双重影响下,干旱区水资源及其绿洲生境正发生剧烈变化。
基于2000—2020年MODIS、GRACE 卫星数据、土地利用数据和气象观测资料,通过计算植被覆盖度,估算植被初级生产力(NPP)和遥感生态指数(RSEI),系统分析了过去20 a塔里木河(简称塔河)流域陆地水储量和绿洲的动态变化并完成了绿洲区生态安全评估。
结果表明:(1)2002—2020年塔河流域陆地水储量以0.27 mm·月-1的速率减少,空间上塔河流域陆地水储量在北部和西部区域显著减少,而在南部区域显著增加。
(2)2000—2020年塔河流域绿洲面积显著增加,面积增加6.49%(0.42×10^(4)km^(2))。
塔河流域整体生态环境呈转好趋势,生态等级由较差级别转为中等级别,生态改善区占总流域面积的69%,而生态退化区面积不足5%。
塔河流域归一化植被指数(NDVI)由2000年的0.13增至2020年的0.16,近20 a植被覆盖度增加36.79%,NPP增加31.55%。
(3)气温升高和降水增多的同时伴随下游河川径流增加,这进一步加剧了塔河流域陆地水资源储量的时空差异性,但人类活动仍是绿洲显著扩张最根本的原因。
【总页数】14页(P1-14)【作者】张齐飞;陈亚宁;孙从建;向燕芸;郝海超【作者单位】山西师范大学地理科学学院;中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室;山西财经大学公共管理学院;华东师范大学地理科学学院【正文语种】中文【中图分类】Q94【相关文献】1.塔里木河流域被挤占的干流绿洲生态水权研究2.塔里木河流域绿洲生态水权流域分配调整研究3.塔里木河流域绿洲生态水权价格计量研究4.塔里木河流域绿洲生态水权县团分配研究5.塔里木河流域绿洲生态水权的流域分配研究因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
青藏高原(藏北地区)湖泊表面沉积物代用指标结果分析
第一章绪论湖泊沉积物总有机碳(TOC)、碳氮比(C/N)及有机碳同位素(δ13C)组成研究现状总有机碳(Total Organic Carbon)的研究现状在全球气候与环境变化的研究中,由于湖泊表层湖泊表层沉积物中的有机地球化学指标总有机碳(T O C)、碳氮比(C/N)和有机碳同位素(δ13C)可以很好地反映湖泊水体环境及湖泊流域的初始生产力状况和直被类型,也反映了有机质跟随湖泊表层沉积物沉积后的保存状况,保存着湖泊及流域生物生态环境和过去的气候、以往环境变化的丰富信息。
所以被广泛应用大范围区域及全球性气候与环境变化的响应中。
湖泊表层沉积物中有机碳是过去的生物埋藏于湖泊表层沉积物内经过生物分解作用和化学分解作用或者是成岩作用后遗留下来的产物,它含量的多少既可以反映湖泊表层沉积物中有机质输入的多与少及湖泊的初始生产力的高与低,又可以反映有机物存贮能力的强与弱(Meyers,1997)。
湖泊表层沉积物中有机碳主要来源于湖泊中自生的水生直物和湖盆周围流域经过侵蚀作用后带来的陆源性直物碎屑。
温度的变化和降水的多少是影响直物生长的好坏的主要因素,在干旱、半干旱地区的流域中,直物生长的好坏主要受到降水量多少的控制;对湖泊中水生直物生长的好坏,湖泊最初生产力的高低则主要受湖水营养物质的好与坏和温度的高低控制(陈敬安等,2002),例如在特别寒冷的环境下,会使延升低温期的时间、将适合直物比较适合发芽的时间的大大减少、使其温度的缩减、而湖泊在冬天中湖面水冻长度的过度加长会引起湖泊内部水生直物光合作用的速率大大降低、光合作用的产量也大大降低,同时其有机质生产力的产量也大大的降低(刘子亭等,2006)。
湖泊表层沉积物总有机质的容量的多少和高低可以反映温都的高低变化。
世界各地的大量学者利用湖泊表层沉积物中有机碳含量的高低变动对很多大小各异,类型不同的湖泊中进行了多种渠道的研究,并取得了一定的成果。
如柴达木盆地查尔汗湖区(黄期等,1990)、青藏高原地区若尔盖盆地(张平忠等,1995)和浑善达克沙地(武建伟等,2004)湖泊表层沉积物中有机碳(Total Organic Carbon)含量的高低变化很好地与气候环境的变化相对应,有机碳(Total Organic Carbon)含量的低的时候与寒冷气候相对应,高的情况下对应于暖期。
西藏地区天然水的水化学性质和元素特征
通讯作者:余成群 (1965-),男,研究员,硕士生导师,主要从事农业经济与区域发展规划的研究。
E-mail: yucq@
1 引言
西藏自治区位于我国西南边陲,地处世界上最大最高的青藏高原的西南部,东经 78° 25′~99°06′,北纬 26°44′~36°32′之间,平均海拔 4 km 以上,全区土地面积约为 1.22×106 km2,约占全国总面积的 12.8%。西藏自治区自然地理地质构造和地层岩性等地质环境条 件复杂,环境地质问题和地质灾害的类型及其组合具有明显的区域性[1]。
表 1 西藏地表水采样点分布
Tab. 1 The distribution of surface water sampling points in Tibet
采样时间 2013.04.27 2013.04.27 2013.07.13 2013.07.20 2013.07.20 2013.07.20 2013.07.20 2013.07.24 2013.08.04 2013.08.04 2013.08.05 2013.08.08 2013.08.08 2013.08.11 2013.08.11 2013.08.12 2013.08.17 2013.08.21 2013.08.21 2013.08.22 2013.08.22 2013.18.23
表 2 西藏地下水采样点分布
Tab. 2 The distribution of groundwater sampling points in Tibet
编号 3 4 10 11 13 16 17 18 19 20 22 23 24 25 28 29 30 31 32 33 34 37 39 40 41 42 43 45 46 47 48 49 50 51 55 56 59 60
青藏高原各主要植被类型特征及环境差异
第44卷第7期2024年4月生态学报ACTAECOLOGICASINICAVol.44,No.7Apr.,2024基金项目:第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0606);国家自然科学基金重大项目(42192580,42192581)收稿日期:2022⁃11⁃16;㊀㊀网络出版日期:2024⁃01⁃12∗通讯作者Correspondingauthor.E⁃mail:zhuwq75@bnu.edu.cnDOI:10.20103/j.stxb.202211163308张慧,朱文泉,史培军,赵涔良,刘若杨,唐海萍,王静爱,何邦科.青藏高原各主要植被类型特征及环境差异.生态学报,2024,44(7):2955⁃2970.ZhangH,ZhuWQ,ShiPJ,ZhaoCL,LiuRY,TangHP,WangJA,HeBK.ThedifferencesofvegetationcharacteristicsandenvironmentalconditionsamongmainvegetationtypesontheQinghai⁃TibetPlateau.ActaEcologicaSinica,2024,44(7):2955⁃2970.青藏高原各主要植被类型特征及环境差异张㊀慧1,2,4,朱文泉1,2,4,∗,史培军3,4,5,赵涔良1,2,4,刘若杨1,2,4,唐海萍4,王静爱4,何邦科1,2,41北京师范大学遥感科学国家重点实验室,北京㊀1008752北京师范大学地理科学学部北京市陆表遥感数据产品工程技术研究中心,北京㊀1008753北京师范大学应急管理部教育部减灾与应急管理研究院,北京㊀1008754北京师范大学地理科学学部,北京㊀1008755青海省人民政府北京师范大学高原科学与可持续发展研究院,西宁㊀810016摘要:青藏高原高海拔引起的地形㊁气候和土壤空间差异造就了其独特的植被类型及其空间变化,当前研究缺乏针对青藏高原全域范围内各植被类型特征和环境差异的定量与系统性分析㊂针对青藏高原特殊的地理环境和植被类型,选用植被㊁地形㊁土壤㊁气候4个维度共计58个空间化指标,采用频数分布统计方法对这些指标开展了定量分析,系统揭示了青藏高原全域范围内各主要植被类型的特征及环境差异㊂通过定量分析发现,大部分的环境及植被特征指标对青藏高原各主要植被类型的区分度较高,其中,遥感归一化植被指数㊁植被净初级生产力㊁裸地覆盖度㊁海拔㊁土壤温度㊁年最低温度㊁年总蒸散发7个指标对青藏高原各主要植被类型的区分度较高㊂揭示的青藏高原各主要植被类型的特征及环境差异,可提高灌丛和草地之间㊁各草地类型之间㊁高山苔原⁃垫状⁃稀疏植被与其他植被类型之间的可区分性,有助于解决青藏高原植被精细分类中广泛存在的灌丛和草地区分㊁草地类型细分㊁高山苔原⁃垫状⁃稀疏植被识别和山地垂直地带植被识别四个难点问题㊂研究结果一方面可服务于青藏高原的植被精细分类,另一方面也可服务于青藏高原的自然地带划分㊁生物多样性和生态系统功能评估㊁地表物质循环研究等㊂关键词:青藏高原;植被类型;环境特征;植被特征;频数分布统计ThedifferencesofvegetationcharacteristicsandenvironmentalconditionsamongmainvegetationtypesontheQinghai⁃TibetPlateauZHANGHui1,2,4,ZHUWenquan1,2,4,∗,SHIPeijun3,4,5,ZHAOCenliang1,2,4,LIURuoyang1,2,4,TANGHaiping4,WANGJingᶄai4,HEBangke1,2,41StateKeyLaboratoryofRemoteSensingScience,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China2BeijingEngineeringResearchCenterforGlobalLandRemoteSensingProducts,FacultyofGeographicalScience,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China3AcademyofDisasterReductionandEmergencyManagement,MinistryofEmergencyManagement&MinistryofEducation,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China4FacultyofGeographicalScience,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China5AcademyofPlateauScienceandSustainability,PeopleᶄsGovernmentofQinghaiProvinceandBeijingNormalUniversity,Xining810016,ChinaAbstract:ThespatialdifferencesoftheQinghai⁃TibetPlateauinterrain,climateandsoilcausedbythehighaltitudehaveresultedintheuniquespeciesandspatialpatternsofvegetation.However,existingresearchlackscomprehensive,6592㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀44卷㊀quantitative,andsystematicanalysistothedifferencesinthevegetationcharacteristicsandenvironmentalconditionsofvariousvegetationtypes,especiallyfortheentireQinghai⁃TibetPlateau.ToaddressthisissueintheuniquegeographicenvironmentandvegetationtypesoftheQinghai⁃TibetPlateau,thisstudyutilizedawidearrayof58spatialindicators,organizedintofourdimensions:vegetation,topography,soil,andclimate.Throughtherigorousapplicationoffrequencydistributionstatisticalmethods,aquantitativeanalysiswasconductedtosystematicallyunveilthedistinguishingofvegetationcharacteristicsandenvironmentalconditionsamongtheprimaryvegetationtypesacrosstheQinghai⁃TibetPlateau.TheresultsofthisquantitativeanalysishaverevealedthatamajorityoftheenvironmentalandvegetationcharacteristicindicatorsexhibitahighlevelofdifferentiationamongtheprimaryvegetationtypesfoundontheQinghai⁃TibetPlateau.Notably,sevenkeyindicators,includingtheremotesensingnormalizedvegetationindex,vegetationnetprimaryproductivity,barelandcoverage,elevation,soiltemperature,annualminimumtemperature,andannualtotalevapotranspiration,exhibitparticularlyexceptionaldiscriminatorypowerincharacterizingthesediversevegetationtypes.ThefindingsofthisstudyprovidecriticalinsightsintotheuniquecharacteristicsandenvironmentaldisparitieswithinthemajorvegetationtypesacrosstheQinghai⁃TibetPlateau.Moreover,theyofferapathwaytoenhancethedifferentiationbetweenvegetationtypesthathavehistoricallybeenchallengingtodistinguish.Thesedistinctionsencompassseparatingshrublandsfromgrasslands,providinganuancedclassificationofvariousgrasslandtypes,andidentifyingalpinetundra,cushion,andsparsevegetation.Therefore,itishelpfultosolvethefourdifficultproblemsofvegetationclassificationinQinghai⁃TibetPlateau:1)thedivisionofshrublandandgrassland,2)thesubdivisionofgrasslandtype,3)theidentificationofalpinetundra,cushion,andsparsevegetation,and4)theidentificationofmountainverticalvegetation.Theoutcomesofthisresearchhavethepotentialtoservetwosignificantpurposes.First,theycansubstantiallyadvancetheprecisionofvegetationclassificationacrosstheQinghai⁃TibetPlateau.Second,theycaninformthedelineationofnaturalzones,aidinassessingbiodiversityandecosystemfunctionality,andcontributetostudiesofsurfacematerialcyclinginthishigh-altituderegion.Insummary,thiscomprehensiveanalysisbridgesanimportantgapinourunderstandingoftheQinghai⁃TibetPlateauᶄsvegetationdiversityanditscomplexrelationshipwithenvironmentalfactors.Byenhancingourabilitytodifferentiateandclassifyvegetationtypes,thisresearchispoisedtomakemeaningfulcontributionstoseveralstudiesontheecologyandenvironmentintheQinghai⁃TibetPlateau.KeyWords:theQinghai⁃TibetPlateau;vegetationtypes;environmentalcharacteristics;vegetationcharacteristics;frequencydistributionstatistics环境差异造就了植被类型差异,青藏高原海拔变化引起的地形㊁气候及土壤空间差异造就了其独特的植被类型(如高寒草甸㊁高寒草原)及其空间变化(如植被垂直分异㊁干热河谷)[1 3]㊂因此,青藏高原的植被类型及其特征与其生态环境密切相关㊂受青藏高原特殊的地理环境影响,其植被类型的遥感精细分类主要存在灌丛和草地区分㊁草地类型细分(细分为草原㊁草丛㊁草甸等)㊁高山苔原⁃垫状⁃稀疏植被(分布于森林或灌丛线以上㊁冰雪带以下,由苔原㊁垫状植被㊁稀疏植被构成的植物群落)识别和山地垂直地带植被识别四方面难点问题[4],单纯依靠更优的遥感数据或分类方法难以解决这些问题,需更多的分类特征参与以提高它们之间的区分度,而植被的特征与环境差异可增强青藏高原各植被类型的可分性㊁提高分类的精细程度[5 6]㊂此外,揭示青藏高原植被类型的特征及环境差异可为青藏高原物种多样性研究[7 9]㊁地表物质循环研究[10 11]等提供理论支持㊂现有关于各植被类型的特征及环境差异研究大多聚焦于气候㊁地形特征中的某一个或少量环境和植被特征,缺乏针对青藏高原全域范围内各植被类型特征和环境差异的定量与系统性分析㊂当前相关研究可大体归为两大类:一是基于空间化环境或植被特征数据的非定量化植被类型差异应用研究[5,12 13],二是基于实测数据㊁针对局域小范围的定量植被类型特征差异研究[14 15]㊂在基于空间化数据的定性研究方面,赵嘉玮等[16]㊁杨亮等[17]发现了青藏高原的植被和群落类型与年平均温度㊁年总降水量㊁土壤含水量㊁遥感植被指数等环境因子密切相关,且其空间特征差异明显;Xu和Zhang[5]㊁Zhang等[12]㊁贾伟等[18]的研究表明,在植被分类中使用地形特征(数字高程模型,DEM)㊁气候特征(温度和降水)㊁土壤特征(土壤类型)㊁植被特征(归一化植被指数,NDVI)等,可以更有效地识别植被分布的空间细节㊁提高植被类型识别精度,但这些研究并未定量分析各植被类型的环境及植被特征差异,仅将这些特征作为辅助数据以提高植被分类精度㊂在基于站点观测数据的定量研究方面,杨新宇等[19]㊁姚喜喜等[20]㊁Wang等[2]基于野外实测数据,对祁连山㊁青藏高原干旱区等局域小范围内植被群落的植被与环境特征差异研究结果表明,植被群落的类型和分布与草地群落盖度㊁地上生物量㊁土壤物质含量㊁土壤含水量等植被与环境特征有关,且分析了对群落类型和分布的解释度最高的特征指标,但这些研究仅反映了站点尺度而不是空间全域的特征差异㊂针对青藏高原特殊的地理环境和植被类型,非常有必要在现有研究基础上进一步开展各植被类型特征和环境差异的定量与系统性分析㊂为此,本研究基于空间化的环境及植被特征数据,采用频数分布统计方法对空间数据进行分析,旨在定量揭示青藏高原各主要植被类型在植被㊁地形㊁土壤㊁气候4个维度共计58个指标上的差异,为利用这些环境及植被特征参与青藏高原的植被遥感精细分类㊁自然地带划分㊁生物多样性和生态系统功能评估㊁地表物质循环等研究提供理论依据㊂1㊀数据与方法1.1㊀研究区概况青藏高原平均海拔在4000m以上,其生态环境随海拔㊁纬度㊁经度等变化而呈现出巨大的空间差异,这一生态环境差异进一步导致了植被类型的变化(图1)㊂青藏高原大部分区域气候寒冷干燥㊁地形起伏大㊁土壤贫瘠且极度缺氧[21 22],与平原地区相比生态环境更为恶劣,这就决定了青藏高原的植被类型与平原植被类型有一定差异,青藏高原主要的植被类型是草甸㊁草原和高山苔原⁃垫状⁃稀疏植被,这些植被类型对生态环境的变化更为敏感[23 24]㊂青藏高原具有地形起伏大且云雨多发㊁多种植被类型的特征相似(例如,草甸㊁草原与低矮灌丛)㊁高海拔区的植被稀疏等特点,这就决定了青藏高原遥感植被识别中存在多种问题[4]㊂1.2㊀数据及预处理1.2.1㊀青藏高原植被类型图(1)1ʒ100万中国植被图1ʒ100万中国植被图[24]是20世纪80年代基于实地调查和专家知识生产的植被分类图,主要反映了20世纪末的植被覆盖情况,其空间分辨率约为1km㊂虽然各植被类型斑块的边缘区域可能发生了变化,但各植被类型分布的空间趋势没有发生变化㊂所以,1ʒ100万中国植被图用作合成本研究植被类型数据的本底数据㊂(2)基于集成分类生产的青藏高原2020年植被现状图基于集成分类生产的青藏高原2020年植被现状图[4]集成了多个分类产品的优势,较1ʒ100万中国植被图更能反映青藏高原的植被类型现状,其原始空间分辨为250m,本研究通过众数聚合方法重采样为1km㊂该植被图中植被型组的类别精度较高且其空间分辨率较高㊂所以,该植被现状图主要用于修正1ʒ100万中国植被图中的植被类型变化㊂1.2.2㊀环境及植被特征数据本研究中所涉及的环境及植被特征数据主要分为植被㊁地形㊁土壤㊁气候4类,共58个指标(表1)㊂除土壤物质含量(全氮㊁全磷㊁全钾含量)数据外,所有空间化的环境及植被特征数据均下载自GoogleEarthEngine平台,土壤物质含量(全氮㊁全磷㊁全钾含量)数据下载自GSDE(GlobalSoilDatasetforuseinEarthSystemModels,http://globalchange.bnu.edu.cn/research/soilw)㊂所有数据均采用最近邻方法重采样至1km,并计算2001 2020年共20年的均值作为特征分析数据,但DEM数据和土壤物质含量数据只有单年数据,故选用单年数据作为其特征分析数据㊂由于土壤特征相关数据中最顶层数据的准确性最高[26],且各土层的统计特征7592㊀7期㊀㊀㊀张慧㊀等:青藏高原各主要植被类型特征及环境差异㊀图1㊀青藏高原2020年植被现状图[4]Fig.1㊀ThestatusvegetationmapforQinghai⁃TibetPlateau上图沿用了青藏高原2020年植被现状图中的植被分类体系,是根据青藏高原植被分布特点和各植被类型遥感光谱可分性设计的分类体系;其中,植被现状图中的郁闭灌丛和稀疏灌丛合并为本文中的灌丛类型,植被现状图中的草地类型对应本文的草丛㊁草甸和草原较为相似,所以,在结果分析中仅列出最顶层的特征统计结果㊂1.3㊀方法为定量㊁系统地分析青藏高原各主要植被类型的特征及环境差异,本研究分两步开展:(1)提取各主要植被类型空间分布的核心区域,以确保用于后续分析的各植被类型中无其它植被类型被混分进来;(2)基于频8592㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀44卷㊀数分布统计方法定量分析各植被类型的特征与环境差异㊂表1㊀参与特征分析的环境及植被特征数据Table1㊀Environmentalandvegetationcharacteristicdataparticipatinginfeatureanalysis类别Types数据Data特征Characteristics数据源Datasource分辨率Spatialresolution文献References植被Vegetation叶面积指数叶面积指数MOD15A2H(v006)500m[25]净初级生产力净初级生产力MOD17A3HGF(v006)500m[27]植被指数归一化植被指数MOD13Q1(v006)250m[28]增强型植被指数植被覆盖度树冠覆盖度MOD44B(v006)250m[29]非树木植被覆盖度裸地覆盖度植被物候生长季开始日期MCD12Q2(v006)500m[30]生长季结束日期生长季长度地形TerrainDEM海拔SRTMDigitalElevationDataVersion490m[31]坡度坡向土壤Soil土壤温度第1层(0 7cm)ERA5_LAND/MONTHLY11km[32]第2层(7 28cm)第3层(28 100cm)第4层(100 289cm)土壤含水量第1层(0 7cm)ERA5_LAND/MONTHLY11km[32]第2层(7 28cm)第3层(28 100cm)第4层(100 289cm)土壤物质含量土壤含氮量(0 4.5cm)GSDE1km[26]土壤含氮量(4.5 9.1cm)土壤含氮量(9.1 16.6cm)土壤含氮量(16.6 28.9cm)土壤含氮量(28.9 49.3cm)土壤含氮量(49.3 82.9cm)土壤含氮量(82.9 138.3cm)土壤含氮量(138.3 229.6cm)土壤含磷量(0 4.5cm)土壤含磷量(4.5 9.1cm)土壤含磷量(9.1 16.6cm)土壤含磷量(16.6 28.9cm)土壤含磷量(28.9 49.3cm)土壤含磷量(49.3 82.9cm)土壤含磷量(82.9 138.3cm)土壤含磷量(138.3 229.6cm)土壤含钾量(0 4.5cm)土壤含钾量(4.5 9.1cm)土壤含钾量(9.1 16.6cm)土壤含钾量(16.6 28.9cm)土壤含钾量(28.9 49.3cm)9592㊀7期㊀㊀㊀张慧㊀等:青藏高原各主要植被类型特征及环境差异㊀续表类别Types数据Data特征Characteristics数据源Datasource分辨率Spatialresolution文献References土壤含钾量(49.3 82.9cm)土壤含钾量(82.9 138.3cm)土壤含钾量(138.3 229.6cm)土壤有机碳(0cm)OpenLandMapSoilOrganicCarbonContent250m[33]土壤有机碳(10cm)土壤有机碳(30cm)土壤有机碳(60cm)土壤有机碳(100cm)土壤有机碳(200cm)气候Climate温度生长季平均温度(5 9月)MOD11A1(v061)1km[34]年最高温度年最低温度降水量年总降水量ERA5_LAND/MONTHLY11km[32]蒸散发年总蒸散发MOD16A2(v006)500m[35]潜在蒸散发饱和水气压差饱和水气压差TerraClimate4638.3m[36]1.3.1㊀各主要植被类型空间分布的核心区提取本研究基于1ʒ100万中国植被图中的植被分类原则,同时参考植被类型在环境及植被特征上的可区分性,设计了本研究的植被分类体系㊂其中,一级类(植被型组)分为森林㊁灌丛㊁草地㊁沼泽㊁高山苔原⁃垫状⁃稀疏植被㊁荒漠,二级类(植被型)将森林和草地进一步细分,森林细分为针叶林㊁针阔混交林㊁阔叶林三类,草地细分为草原㊁草甸㊁草丛三类㊂图2㊀各植被类型空间分布的内部核心区提取流程图㊀Fig.2㊀Flowchartoftheinternalcoreareaextractionforeachvegetationtype以1ʒ100万中国植被图为基础数据㊁基于集成分类生产的青藏高原2020年植被现状图为修正数据,综合其两者的植被信息,取两植被数据的交集,合成代表现状的植被分类数据(图2)㊂其中,对于植被现状图分类系统中未细分的草地类别(草原㊁草甸和草丛),在筛选出植被现状图的草地类别的基础上,按照1ʒ100万中国植被图中植被型信息划分出草原㊁草甸和草丛类别;对于植被现状图分类系统中缺少的荒漠类别,在筛选出植被现状图的其他类别的基础上,进一步筛选出1ʒ100万中国植被图中的荒漠类别;对于植被现状图分类系统中有对应类别的森林㊁灌丛㊁沼泽和高山苔原⁃垫状⁃稀疏植被,则直接使用植被现状图中的植被类别㊂为保证类别的准确性,本研究假定植被分类数据中各植被类型空间分布的内部核心区准确性最高,因此运用数学形态学的腐蚀操作以提取各植被类型空间分布的内部核心区来分析其环境空间特征(图3),具体操作是针对每一种植被类型的各个图斑,将其边界均向内腐蚀1km,然后选用腐蚀后的区域参与后续分析㊂基于此方法提取的各植被类型空间分布的内部核心区在空间上是广泛分布的,所以在一定程度上综合了青藏高原不同地理位置的植被分布的特征差异㊂青藏高原各主要植被类型内部核心区的像元数量如表2所示,但由于针阔混交林和草丛在青藏高原的分布面积很小,导致提取其内部核心区后样本数少于50个,因此,本研究只分析除针阔混交林和草丛外的其他植被类型的特征统计结果㊂0692㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀44卷㊀图3㊀植被类型空间分布的核心区提取示意图(以针叶林为例)Fig.3㊀Schematicdiagramoftheinternalcoreareaextractionforeachvegetationtype(Taketheneedleleafforests,forexample)表2㊀青藏高原各主要植被类型内部核心区的样本数量Table2㊀Samplequantityoftheinternalcoreareaforeachvegetationtype植被类型Vegetationtypes针叶林Needleleafforest针阔混交林Needleleafandbroadleafforest阔叶林Broadleafforest灌丛Scrub草原Steppe草丛Grass⁃forbcommunity草甸Meadow沼泽Swamp高山苔原⁃垫状⁃稀疏植被Alpinetundra⁃cushion⁃sparsevegetation荒漠Desert样本数量Samplesize290011023489523132517445033694179038604150220图4㊀青藏高原海拔特征的小提琴统计分析示意图㊀Fig.4㊀Schematicdiagramofstatisticalanalysisbasedonviolinplot(takealtitudecharacteristicsonQinghai⁃TibetPlateau,forexample)1.3.2㊀基于频数分布统计分析环境及植被特征本研究基于小提琴图来分析各主要植被类型环境与植被的频数分布特征,小提琴图是箱线图和核密度图的结合(图4),除了具有箱线图可比较多组数据间差异的功能外,还可展示数据分布区间内部的情况(小提琴图的宽度表示分布概率密度)㊂本研究针对每个环境或植被特征,均绘制了各植被类型对应的小提琴图,对比各植被类型小提琴图所展示的四分位数(下四分位数:所有样本点数据从小到大排列后第25%的数值,上四分位数:所有样本点数据从小到大排列后第75%的数值)㊁离散程度㊁分布差异等统计特征,定量分析各植被类型的特征及环境差异㊂2㊀结果2.1㊀各植被类型的特征及环境差异(1)各植被类型的植被特征差异从植被特征分植被类型统计结果(图5)来看,青藏高原各植被类型的净初级生产力㊁归一化植被指数㊁裸地覆盖度特征差异最为明显,叶面积指数㊁增强型植被指数㊁树冠植覆盖度㊁生长季开始日期和生长季长度次1692㊀7期㊀㊀㊀张慧㊀等:青藏高原各主要植被类型特征及环境差异㊀之,非树木植被覆盖度和生长季结束日期的特征差异最小㊂对比发现,叶面积指数在森林㊁草地各二级类之间图5㊀不同植被类型的植被特征统计结果Fig.5㊀Statisticalresultsofvegetationcharacteristicsfordifferentvegetationtypes图中横坐标数字表示各植被类型,详见图例;生长季开始日期㊁生长季结束日期指标的纵坐标数据表示从2022年1月1日起第多少天;特征差异主要比较各植被类型在数据分布和四分位数上的差异,若各植被类型之间的数据分布和四分位数区间差异越大,则说明它们的特征差异越大,其余特征差异比较方法同理的特征差异明显;净初级生产力在除针叶林与针阔混交林外的其他各植被类型之间存在特征差异;对于植被指数来说,归一化植被指数对青藏高原各植被类型的区分度优于增强型植被指数,对青藏高原各植被类型的2692㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀44卷㊀特征差异明显;对于三个覆盖度特征来说,树冠植被覆盖度和非树木植被覆盖度在各一级类的特征差异较为明显,但树冠植被覆盖度对森林㊁草地植被型的区分度更好,裸地覆盖度对除高山苔原⁃垫状⁃稀疏植被和荒漠外的其他各植被类型的特征差异明显;对于植被物候特征来说,三个物候特征在森林和草地之间存在特征差异,其中,生长季结束日期的特征差异最小,生长季开始日期在森林㊁灌丛㊁草地和沼泽之间的特征差异明显,生长季长度在除草原㊁草甸和荒漠外的其他各植被类型之间存在特征差异㊂(2)各植被类型的地形特征差异从地形特征分植被类型统计结果(图6)来看,青藏高原各植被类型的海拔特征差异最为明显,坡度次之,坡向的特征差异最小㊂对比发现,海拔特征对应的各植被类型间特征差异明显,可区分青藏高原各主要植被类型;坡度特征对应的部分植被类型间存在差异,数据分布较海拔特征更为离散,但对沼泽类型的区分度较高,且可以辅助草地(包含草原和草甸)与沼泽类型的区分;坡向特征对应的各植被类型间分布差异小,对各植被类型的区分度较低㊂图6㊀不同植被类型的地形特征统计结果Fig.6㊀Statisticalresultsofterraincharacteristicsfordifferentvegetationtypes坡向的(0ʎ)指向正北,顺时针为正值,逆时针为负值,值域为-90ʎ 270ʎ(3)各植被类型的土壤特征差异从土壤特征分植被类型统计结果(图7)来看,青藏高原各植被类型的土壤温度特征差异最为明显,土壤含水量次之,土壤物质含量的特征差异最小㊂对比发现,不同深度各土壤特征的频数分布统计特征基本一致,其中,土壤温度在阔叶林与其他各植被类型之间㊁灌丛与其他各草地类型之间㊁高山苔原⁃垫状⁃稀疏植被与其他各植被类型之间的特征差异明显;土壤含水量在各草地类型之间㊁沼泽与其他各植被类型之间㊁荒漠与其他各植被类型之间的特征差异明显;土壤物质含量特征数据离散或组间差异较小,对青藏高原各植被类型的区分度较小,但可用于辅助部分植被类型的划分,例如,土壤含磷总量特征可用于辅助阔叶林的划分㊂(4)各植被类型的气候特征差异从气候特征分植被类型统计结果(图8)来看,青藏高原各植被类型的年最低温度和年总蒸散发特征差异最为明显,生长季平均温度㊁年最高温度㊁年总降水量和饱和水气压差次之,潜在蒸散发的特征差异最小㊂对比发现,在三个温度特征中,年最低温度对青藏高原各植被类型区分度高,生长季平均温度在森林各二级类之间㊁荒漠与其他各植被类型之间的特征差异明显,年最高温度在荒漠与其他各植被类型之间的特征差异明显,年最低温度在阔叶林与其他植被类型之间㊁灌丛与其他各草地类型之间㊁高山苔原⁃垫状⁃稀疏植被与其他各植被类型之间的特征差异明显;年总降水量和年总蒸散发在森林㊁草地各二级类之间的特征差异明显;潜在蒸散发对应的各植被类型间分布差异小,特征差异较小;饱和水气压差对应的各植被类型间分布差异较小,但在森林各二级类之间的特征差异明显㊂3692㊀7期㊀㊀㊀张慧㊀等:青藏高原各主要植被类型特征及环境差异㊀图7㊀不同植被类型的土壤特征统计结果Fig.7㊀Statisticalresultsofsoilcharacteristicsfordifferentvegetationtypes因此,针对灌丛和草地区分问题,土壤温度㊁年最低温度㊁年总蒸散发㊁净初级生产力㊁植被指数(包含归一化植被指数和增强型植被指数)㊁树冠植被覆盖度七个指标在灌丛和草地类型之间的特征差异明显,可以提高灌丛和草地之间的区分度㊂针对草地类型细分的问题,海拔㊁土壤含水量㊁年总降水量㊁年总蒸散发㊁叶面积指数㊁净初级生产力㊁植被指数(包含归一化植被指数和增强型植被指数)㊁树冠植被覆盖度㊁裸地覆盖度十个指标在草原㊁草甸类型上的差异明显,可以提高草原和草甸之间的区分度㊂针对高山苔原⁃垫状⁃稀疏植被识别的问题,海拔㊁土壤温度㊁年最低温度㊁净初级生产力㊁植被指数(包含归一化植被指数和增强型植被指数)六个指标在高山苔原⁃垫状⁃稀疏植被与其他植被类型特征差异明显,可以增强高山苔原⁃垫状⁃稀疏植被与其他植被类型的区分度㊂进一步分析发现,海拔㊁土壤温度㊁年最低温度㊁年总蒸散发㊁净初级生产力㊁归一化植被指数㊁裸地覆盖度七个特征对大部分植被类型的区分度较高,可增强青藏高原各主要植被类型的区分度,即可用于增强山地垂直地带植被的区分度㊂2.2㊀青藏高原各植被类型在环境及植被特征上的数值范围通过频数分布特征分析发现,大多数环境及植被特征对青藏高原植被都有一定的区分度,而且,箱线图的下四分位数-上四分位数的数值范围可以用以区分各植被类型㊂表3列出了青藏高原各植被类型对应环境及植被特征的数值范围,可以定量标识出各植被类型的特征及环境差异,如针叶林主要分布在海拔3035 3702m的地带㊁阔叶林主要分布在海拔650 1400m的地带,灌丛的净初级生产力主要为0.19 0.33kgC/m2㊁草甸的净初级生产力主要为0.10 0.23kgC/m2㊂3㊀讨论3.1㊀青藏高原各主要植被类型的环境和植被特征在一些非青藏高原范围或青藏高原局部小范围的植被分类研究中,采用海拔㊁坡度㊁坡向等特征参与分4692㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀44卷㊀图8㊀不同植被类型的气候特征统计结果Fig.8㊀Statisticalresultsofclimatecharacteristicsfordifferentvegetationtypes类[5,12,30],发现他们有助于提高分类精度(相较于仅采用遥感光谱特征进行分类),但尚未对其在分类中的作用进行系统㊁定量化的分析,对环境及植被特征差异的认识和应用尚不充分㊂同时,由于青藏高原范围广阔㊁环境差异明显,不同区域㊁同一植被类型的植被与环境特征存在差异[1 3],因此,若要揭示青藏高原植被类型的特征及环境差异,需要集合青藏高原各个区域样本进行环境与植被特征分析,而本研究中提取的各植被类型空间分布的内部核心区在空间上是广泛分布的,且样本量丰富㊂例如,课题组通过对青藏高原实地考察发现,祁连山区的针叶林主要分布在海拔2800 3400m范围内,而在水热条件较好的横断山区,针叶林主要分布在海拔3500 3800m范围内㊂因此,本研究系统㊁定量地研究了青藏高原各植被类型的植被与环境特征,在宏观尺度上揭示不同植被类型之间的植被与环境特征差异,并发现大部分环境及植被特征对青藏高原部分植被类型之间的区分度较高,为解决相对复杂的青藏高原植被遥感分类问题,提供了更多差异化的分类特征,可服务于灌丛和草地区分㊁草地类型细分㊁高山苔原⁃垫状⁃稀疏植被识别和山地垂直地带植被识别等分类的难点问题㊂对于海拔变化跨度大㊁环境差异明显的整个青藏高原来说,并不是所有特征都能体现植被类型之间的特征差异㊂在非青藏高原范围或青藏高原局部小范围可以体现植被类型差异的坡向㊁土壤物质含量等特征,在青藏高原整体范围内的差异则较小㊂例如坡向特征,在山地植被分类中,坡向是区分植被类型的重要特征之。
