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基于遥感和GIS的中国土壤风力侵蚀研究

张国平  
【摘要】: 本文采用遥感和GIS技术,以遥感调查的土壤风力侵蚀数据、土地利用及其动态变化数据、中国土壤数据、中国气象数据、数字高程数据、植被指数和各种相关统计数据为基础,引用气候学、统计学、地统计学、GIS技术方法,对风蚀过程和强度、沙尘暴发生的下垫面因素、风蚀灾害、土地沙化、风蚀作用驱动力、风蚀发展趋势分析和治理对策等进行分析。在开展多因素详细分析的基础上,对各因素的关系和发展趋势进行分析,从而系统性地开展基于遥感和GIS的风力侵蚀研究。论文主要包括以下内容: 一、对中国土壤风力侵蚀的驱动力进行分析:通过遥感方法建立土壤风力侵蚀的分级标准,对全国土壤风力侵蚀的空间分布进行格局分析,从宏观意义上建立了不同侵蚀程度的空间格局。在全国范围内,对影响土壤风力侵蚀的主要因子,如:风场强度、土壤含水量、植被覆盖、土壤质地、地表起伏等进行空间分析和基于土壤风力侵蚀的知识挖掘。利用主成份分析方法,提取这些因子中的信息,生成土壤风力侵蚀动力指数,其与土壤风力侵蚀现状有很好的可对比性,可以反应上壤风力侵蚀的主要影响因子、发展方式,动力差别和土壤风力侵蚀强度,对沙漠化治理有直接指导作用。对全国风力侵蚀的驱动过程进行分析,并由此分析全国意义上的风蚀治理方案。 二、对影响土壤风力侵蚀的因子进行空间描述:分别对风场强度、土壤可侵蚀性因子、土壤结层状层状因子和积雪因子进行详细分析。 利用中国土壤数据库、中国气象数据、中国资源环境数据库等人量数据,并利用已有模型中的方法对这些因子进行空间数字化。分析它们的空间分布规律,并从控制每个因子值的角度分别探讨有关风蚀的人工防治措施。 三、村沙尘暴发生的过程进行分析:沙尘暴可分为:新疆南部区,新疆东部区,青藏高原区,陕、甘、宁、蒙区和东北区这5个区域,区域总面积达440万km~2影响我国沙尘天气存在西北路径、西方路径和北方路径3个方向,其中以西北路径为主,西方路径次之,北方路径最少。且随着土壤侵蚀程度的加深,沙尘暴日数也在增加。供沙区主要以裸地为主,占59.5%。但有近75万km~2的草地发生风力侵蚀并为沙尘暴提供物质来源,占总物质来源地的30.4%,占全国草地面积的38%。同时有5.2%的耕地发生侵蚀且为沙尘暴提供物质来源。在中国北方地区的干旱背景下,年均沙尘暴的发生频率与年均风速的相关性较强。分析结果表明了近10年来北方大部分地区的年均风速于快速下降过程,其变化幅度大于气温和降水等的变化,在这种趋势下可能会导致沙尘暴发生频率减少。近50年来多个 站点的观测记录表明了沙尘暴的发生频率处于快速下降的过程,这恰好与年均风 速的变化趋势较为一致。大量草地变为耕地或直接转化为沙化草地,风蚀区的耕 地面积扩展了,这均会导致沙尘暴供沙区面积增大,可能会使沙尘暴的强度和频 率增大。如果沙尘暴观测数据确实可靠,那么如果人为活动得到有效控制,在目 前的干旱半干旱区格局下,大量治理工程对控制或抑制沙尘暴所产生的作用就需 要给予新的评价。 四、对近10年来中国绿洲区的耕地变化和土地沙化进行分析:利用中国资源环境 数据库中遥感调查的土地利用数据,对90年代至2000年中国绿洲土地利用变化 进行分析,对绿洲的耕地扩展和土地沙化关系进行探讨,分析中国绿洲区沙地与 耕地的时空演化特征。 五、对西藏地区的土壤风蚀沙化过程进行分析:结果表明了西藏沙地处于逆向变 化过程,沙地向林地转化。这种转化是多年来沙化土地治理的结果。而80年代以 来的沙漠化气候因于值偏小,表明了自然因素所导致的土地沙化趋势在减弱。而 几乎所有沙地都没有明显扩张现象,这可能与CR因子值直接相关。在目前的风速 和降水和温度等条件下有利于沙地的固定。几乎所有的减少的沙地均分布于西藏 中部“一江两河地区”,该地区的沙地占沙地总面积的29.5%,西藏西北部和南部 的沙地没有明显的缩小。并且,在“一江两河地区”,沙地的减少量只点该地区沙 地总面积的1.7%,沙地总体上减少的规模不明显。 六、对风力侵蚀的发展趋势进行分析:上地利用变化和气候因素变化是驱动上壤 风力侵蚀过程的两个关键因子。分析对风蚀产生重大影响的土地利用变化及其规 模,探讨在人类目前的土地利用程度下土壤风力侵蚀从强度上和空问分布上的发 展方向。利用 1951至 2000年的气象观测数据,对相关气象要素进行时间序列分 析,探讨每个因子的变化规律和趋势。利用气温、降水和风速这三个因子计算沙 漠化气候因子的值,并对其进行时间序列分析,探讨中国风蚀沙漠化的发展趋势。


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