發(fā)布時間：2020-05-06 13:49

【摘要】：地表覆被變化在全球環(huán)境變化與可持續(xù)發(fā)展研究中占有重要地位。三峽庫區(qū)地處長江經(jīng)濟(jì)帶的腹心區(qū)域,生態(tài)環(huán)境脆弱,加之受大型水電工程建設(shè)過程中主體工程的脅迫(如水庫淹沒、移民安置、城市遷建及后期配套設(shè)施建設(shè)等),地表覆被轉(zhuǎn)換劇烈且類型多樣,由此可能帶來的氣候環(huán)境變化必將對長江經(jīng)濟(jì)帶的建設(shè)發(fā)展產(chǎn)生較大影響。三峽庫區(qū)地理環(huán)境的獨(dú)特性和土地利用活動的區(qū)域典型性,已成為學(xué)術(shù)界研究地表覆被變化及其氣候效應(yīng)的熱點(diǎn)區(qū)域;但目前相關(guān)的研究多在單純的陸面或水體界面下開展,而關(guān)于三峽庫區(qū)陸水界面間轉(zhuǎn)換與陸陸界面間轉(zhuǎn)換下地表覆被變化的氣候效應(yīng)研究較少,特別是在耦合陸水界面下開展有關(guān)地表覆被轉(zhuǎn)換、未來的演化方向以及地表覆被轉(zhuǎn)換可能帶來氣候效應(yīng)的研究,國內(nèi)外鮮有報(bào)道。隨著國家《長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展規(guī)劃綱要》的實(shí)施,三峽庫區(qū)要堅(jiān)持“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”思路,迫切需要深入研究庫區(qū)地表覆被轉(zhuǎn)換的空間格局、動力機(jī)制和氣候效應(yīng),進(jìn)一步把握土地政策的驅(qū)動效應(yīng),揭示庫區(qū)氣候效應(yīng)對地表覆被轉(zhuǎn)換間的響應(yīng)關(guān)系,從而科學(xué)地預(yù)判、調(diào)控、利用未來土地空間格局,以實(shí)現(xiàn)長江經(jīng)濟(jì)帶“三效益”的統(tǒng)一。本研究利用三峽庫區(qū)多時相地表覆被遙感解譯數(shù)據(jù)、水系和DEM數(shù)據(jù),考慮地表覆被的自然特性和淹沒時間的連續(xù)性,構(gòu)建非淹沒區(qū)(季節(jié)性綠色覆被、常綠性綠色覆被、藍(lán)色覆被、灰色覆被)和淹沒區(qū)(永久性淹沒區(qū)和季節(jié)性淹沒區(qū))地表覆被分類體系,對比識別水庫不同運(yùn)行階段(1997-2003年、2003-2006年、2006-2009年)地表覆被轉(zhuǎn)換的宏觀時空格局,分析不同覆被轉(zhuǎn)換軌跡的山-谷-水界面分布與地形梯度特征;同時立足于縣域尺度,運(yùn)用庫區(qū)1990、2000、2010和2015年4期相關(guān)數(shù)據(jù),構(gòu)建地表覆被轉(zhuǎn)換驅(qū)動力評價指標(biāo)體系,并利用投影尋蹤模型和探索性空間分析模型(ESDA)分析了庫區(qū)近25年地表覆被轉(zhuǎn)換的驅(qū)動機(jī)制及其轉(zhuǎn)換驅(qū)動力的空間分異格局;以2000年庫區(qū)地表覆被現(xiàn)狀為基期數(shù)據(jù),利用Binary Logistic模型回歸分析了驅(qū)動因子與地表覆被間的關(guān)系,并利用CLUE-S模型對2010年地表覆被進(jìn)行模擬,同時校驗(yàn)并確定影響庫區(qū)地表覆被轉(zhuǎn)換的主要驅(qū)動因素,此外基于自然增長、糧食安全、移民建設(shè)和生態(tài)保護(hù)四種發(fā)展理念分別對2020年、2030年庫區(qū)地表覆被情景予以模擬;采用1951-2009年三峽水庫周邊34個國家氣象站點(diǎn)逐日氣象數(shù)據(jù),對比三峽水庫建庫前后庫區(qū)與周邊地區(qū)的氣候變化差異,并進(jìn)一步分析了研究區(qū)災(zāi)害性天氣、氣候變化趨勢及突變;同時運(yùn)用修訂的P-M模型計(jì)算潛在蒸散量,并運(yùn)用降水量與蒸散量之比計(jì)算濕潤指數(shù),分析了三峽水庫地表覆被轉(zhuǎn)換的蒸散發(fā)與干濕氣候變化響應(yīng);以期為科學(xué)解釋庫區(qū)地表覆被轉(zhuǎn)換及其氣候效應(yīng),切實(shí)為庫區(qū)未來土地利用提供決策參考。研究結(jié)果表明:(1)水庫不同運(yùn)行階段庫區(qū)地表覆被間發(fā)生了不同程度的多樣化轉(zhuǎn)換,但總體格局不變,均以透水性的季節(jié)性綠色覆被和常綠性綠色覆被為主,占整個庫區(qū)的96%以上。庫區(qū)地表覆被間的轉(zhuǎn)換方向和規(guī)模呈階段性差異,主要地表覆被轉(zhuǎn)換總面積在1997-2003年、2003-2006年、2006-2009年運(yùn)行階段分別為1313.60、683.30、771.14 Km~2,但主要地表覆被轉(zhuǎn)換方式在三個運(yùn)行階段基本一致,表現(xiàn)為季節(jié)性與常綠性綠色覆被間互轉(zhuǎn)、灰色覆被吞噬季節(jié)性綠色覆被不斷擴(kuò)張、水位上升淹沒綠色覆被和藍(lán)色覆被,只是其空間分布與延展呈現(xiàn)較大階段性差異。庫區(qū)局部山-谷-水界面地表覆被間的轉(zhuǎn)換呈顯著差異,前兩階段(1997-2003和2003-2006年)以山-山界面地表覆被轉(zhuǎn)換為主,轉(zhuǎn)換面積分別為861.78和467.21km~2,均超過覆被轉(zhuǎn)換總面積65%以上,后一階段(2006-2009年)主要是山-谷界面地表覆被間的轉(zhuǎn)換(面積為443.94km~2),且同類地表覆被在山-谷-水界面上的轉(zhuǎn)換流向也發(fā)生階段性變化。庫區(qū)主要地表覆被轉(zhuǎn)換方式的分布符合自然和人類活動的規(guī)律,在海拔和坡度兩個地形梯度上具有顯著差異性,其中1997-2003年運(yùn)行階段,海拔500m以內(nèi)是地表覆被轉(zhuǎn)換的高發(fā)區(qū),2003-2006年運(yùn)行階段,存在175~500m、500~1000m和1500~2000m三個不同的海拔高發(fā)區(qū),2006-2009年運(yùn)行階段,地表覆被轉(zhuǎn)換有兩個高海拔區(qū),分別為175~500m和1500~2000m。(2)近25年庫區(qū)地表覆被轉(zhuǎn)換的驅(qū)動力綜合評價值表現(xiàn)為重慶主城高于其他區(qū)縣,且隨著時間的增加,庫區(qū)各區(qū)縣1990-2015年地表覆被轉(zhuǎn)換驅(qū)動力綜合評價值呈增加趨勢;同時地表覆被轉(zhuǎn)化的驅(qū)動機(jī)制逐漸由生活、人口和交通主導(dǎo)驅(qū)動轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘁貐f(xié)同驅(qū)動。庫尾重慶主城區(qū)附近及庫首宜昌市區(qū)周圍地表覆被轉(zhuǎn)換的驅(qū)動力較強(qiáng),表現(xiàn)為城鎮(zhèn)用地驅(qū)動型;位于渝東北和湖北巴東、秭歸、興山的各縣因自然條件較差,社會經(jīng)濟(jì)條件相對落后,地表覆被轉(zhuǎn)換的驅(qū)動力較弱,主要表現(xiàn)為林草地和水體驅(qū)動型;而其他地區(qū)情況相對復(fù)雜,主要以多種類型驅(qū)動并存。1990、2000、2010和2015年Moran’si值分別為0.487、0.530、0.345、0.373,且z(i)1.96,表明庫區(qū)地表覆被轉(zhuǎn)換驅(qū)動力的全局空間關(guān)聯(lián)度較強(qiáng),但有逐步降低趨勢;庫區(qū)內(nèi)由自然、社會經(jīng)濟(jì)共同作用的地表覆被的地域分異日益明顯,其局部關(guān)聯(lián)度分布具有地域穩(wěn)定性和時間動態(tài)變化性;在地表覆被空間優(yōu)化過程中,庫區(qū)應(yīng)結(jié)合不同區(qū)域地表覆被轉(zhuǎn)換驅(qū)動力的作用強(qiáng)度開展國土資源的空間重構(gòu)與優(yōu)化,對重慶主城區(qū)及宜昌市區(qū)附近區(qū)(縣),應(yīng)考慮土地資源的綜合利用,而廣大庫中地區(qū)則應(yīng)在生態(tài)保護(hù)前提下尋求土地資源的增值效應(yīng),優(yōu)化庫區(qū)地表覆被的時空配置,提高產(chǎn)出效應(yīng)。(3)水田、旱地、林地、草地、建設(shè)用地和水域的ROC值即擬合優(yōu)度均大于0.8,表明基于鄰域豐度的Auto-logistic回歸模型所選驅(qū)動因子對地表覆被轉(zhuǎn)換的解釋能力較強(qiáng),可用來估算地表覆被轉(zhuǎn)換的概率分布。2010年各地類模擬結(jié)果經(jīng)驗(yàn)證得kappa系數(shù)分別為水田0.90、旱地0.92、林地0.97、草地0.84、建設(shè)用地0.85和水域0.77,總體上林地的模擬效果最好,水域最次,且kappa檢驗(yàn)表明總體上模擬結(jié)果能滿足未來模擬與預(yù)測的需求。多情景模擬顯示庫區(qū)不同地表覆被類型在空間上的競爭關(guān)系,及其對庫區(qū)糧食安全、移民建設(shè)、生態(tài)保護(hù)的影響,包括水田大量轉(zhuǎn)換為旱地(“水改旱”)、耕地與林草地被建設(shè)占用、林草地開墾為耕地、陡坡耕地退為林草地等行為,需要在地表覆被優(yōu)化中平衡各方面的需求。自然增長情景下水田逐漸減少而旱地大幅增加,其中2010~2030年“水改旱”累計(jì)轉(zhuǎn)出面積達(dá)1411.25km~2,重慶段的所有區(qū)(縣)均有這一轉(zhuǎn)變方式,多集中在低山丘陵緩坡地帶;糧食安全情景下耕地總體縮小,其中“水改旱”只發(fā)生在前期(2010-2020年)變化中,轉(zhuǎn)出面積為666km~2,不足自然增長情景的一半;移民建設(shè)情景下建設(shè)用地快速擴(kuò)張,顯著強(qiáng)于自然增長和糧食安全情景,其來源地類主要有水田、草地和旱地,共擴(kuò)張面積為2146.25km~2;生態(tài)保護(hù)情景下重點(diǎn)對具有顯著生態(tài)效益的林地和草地進(jìn)行保護(hù)與恢復(fù),其中2010~2020年間的退耕還林面積高達(dá)2251km~2。(4)水庫建設(shè)可能增大庫區(qū)氣候的波動,影響范圍僅限于庫區(qū)內(nèi)。庫區(qū)主要覆被轉(zhuǎn)換空間的氣象要素差值變化上,1997-2003年成庫階段,年均氣溫差和年均相對濕度差的時間變化較小,差值分別為-0.65~8.64℃和-3.86%~4.55%,而年均降雨量差和年日照時數(shù)差的時間變化明顯較大,差值分別為-59.06~624.4mm和-186.35~305.49h;2003-2006年成庫階段,年均降雨量差和年均相對濕度差在庫區(qū)范圍內(nèi)均為負(fù)值分布,而年均氣溫差和年日照時數(shù)差表現(xiàn)為庫區(qū)重慶段與湖北段的反向變化趨勢;2006-2009年成庫階段,地表覆被轉(zhuǎn)換的年均氣溫和年日照時數(shù)減小,年均降雨量增大,而年均相對濕度則以增大趨勢為主、局部地區(qū)存在減小趨勢。庫區(qū)主要覆被轉(zhuǎn)換類型的氣象要素均值變化上,1997-2003年成庫階段,各主要覆被類型的年均氣溫兩期差值的變化表現(xiàn)出增溫趨勢,較其他氣象要素穩(wěn)定,其中2124類型(季節(jié)性綠色覆被→灰色覆被)的1997年和2003年兩期年均氣溫為18.05和18.43℃,高于其他覆被轉(zhuǎn)換類型,年均降雨量明顯增加,年均相對濕度存在明顯兩極分化,變化為最大,而年日照時數(shù)的變化與年均相對濕度的變化存在反向態(tài)勢;2003-2006年成庫階段,各主要覆被轉(zhuǎn)換類型的年均氣溫均值保持增溫趨勢,其中2124類型在2006年仍然保持較高態(tài)勢(19.04℃),該階段的年均降雨量均值增幅波動大于其他氣象要素,相對濕度均值曲線表現(xiàn)為“倒w”型趨勢,谷值位于2221類型(常綠性綠色覆被→季節(jié)性綠色覆被),而年均日照時數(shù)均值變化呈“W”型,峰值同樣位于2221類型;2006-2009年成庫階段,各主要覆被類型的年均降雨量均值和年均相對濕度均值的變化呈增大趨勢,年均氣溫均值和年日照時數(shù)均值為減小趨勢。(5)1997-2009年間庫區(qū)年潛在蒸散量的均值呈先增加后減少趨勢,其中2006年的年潛在蒸散量最大,為976.71mm,而不同時期的年濕潤指數(shù)與年潛在蒸散量在空間分布上存在顯著的反對應(yīng)關(guān)系;1997年庫區(qū)年潛在蒸散量的空間分布整體呈下游大于上游態(tài)勢,而在2003年高值區(qū)明顯西移,在2006年其值繼續(xù)呈現(xiàn)上升趨勢,到2009年高值區(qū)范圍縮小;年濕潤指數(shù)只是在局部上表現(xiàn)出不同程度的空間差異。三峽庫區(qū)庫尾、庫中和庫首在1997~2009年的不同地域地表覆被類型下的潛在蒸散量和濕潤指數(shù)格局不同,庫尾區(qū)2006年的年潛在蒸散量明顯大于其他三期,均值值域介于[918.89,944.74],而庫中區(qū)各覆被類型下的年潛在蒸散量在各個時期都比庫尾的大,與庫尾和庫中相比,庫首區(qū)2006年的變化明顯波動較大,主要表現(xiàn)為在淹沒區(qū)的季節(jié)性淹沒區(qū)和永久性淹沒區(qū)的年潛在蒸散量均值高于1000mm;對于地表覆被濕潤指數(shù)而言,庫尾區(qū)2003年非淹沒區(qū)的覆被類型的年濕潤指數(shù)均值變化呈現(xiàn)整體上升趨勢,而其他年份的非淹沒區(qū)間變化很小,庫中區(qū)2003年的值域?yàn)?1.2,1.3),較庫尾明顯下降,庫首區(qū)2003年和2009年的年濕潤指數(shù)均值較庫中明顯增大,尤其是2003年從淹沒區(qū)的季節(jié)性淹沒區(qū)變化到淹沒區(qū)的灰色覆被,整體上呈現(xiàn)上升的趨勢,變化區(qū)間為(1.3,1.7)。整體上,1997-2003年間庫區(qū)地表覆被主要轉(zhuǎn)換方式的年潛在蒸散量均值的變化同時存在正、負(fù)增長態(tài)勢,對應(yīng)年濕潤指數(shù)僅有正增長,2003-2006年間年潛在蒸散量沒有出現(xiàn)負(fù)增長,對應(yīng)年濕潤指數(shù)不存在正增長,2006-2009年間年潛在蒸散量均為負(fù)增長,對應(yīng)年濕潤指數(shù)均為正增長。綜上,通過開展三峽庫區(qū)地表覆被轉(zhuǎn)換過程、驅(qū)動力格局、未來情景模擬及其氣候效應(yīng)研究,有助于進(jìn)一步查明三峽庫區(qū)地表覆被轉(zhuǎn)換的過程和軌跡,識別地表覆被轉(zhuǎn)換的驅(qū)動力格局,量化模擬未來地表覆被的轉(zhuǎn)換情景,分析三峽庫區(qū)地表覆被轉(zhuǎn)換下的氣象要素變化與蒸散干濕響應(yīng),為優(yōu)化調(diào)控三峽庫區(qū)地表覆被的時空格局,制定適宜的土地利用政策與戰(zhàn)略提供科學(xué)依據(jù),豐富人們對三峽庫區(qū)地表覆被轉(zhuǎn)換及其氣候效應(yīng)的認(rèn)識,為大型水利工程建設(shè)所影響的國家發(fā)展戰(zhàn)略區(qū)提供了可參考案例。
【圖文】：

總體思路

第 3 章 三峽庫區(qū)地表覆被轉(zhuǎn)換過程軌跡識別蓄水變動區(qū)以內(nèi)區(qū)域與蓄水變動區(qū)的交界面可視為“谷-水”耦合界面，，而蓄水變動區(qū)與蓄水變動區(qū)以外區(qū)域的交界面可視為“山-谷”耦合界面。同時，基于三峽庫區(qū)蓄水變動區(qū)的變化，將庫區(qū)劃分為 1997-2003 年、2003-2006 年、2006-2009 年三個運(yùn)行階段。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P461


本文編號：2651365