氣候變化對滇西北碧塔海流域景觀演變的影響

姚　平，喻慶國，陳先剛,*，楊宇明

1 西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，昆明　650224

2 西南林業(yè)大學(xué),國家高原濕地研究中心，昆明　650224

3 云南省林業(yè)科學(xué)院，昆明　650201

氣候變化對滇西北碧塔海流域景觀演變的影響

姚平1，喻慶國2，陳先剛1,*，楊宇明3

1 西南林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，昆明650224

2 西南林業(yè)大學(xué),國家高原濕地研究中心，昆明650224

3 云南省林業(yè)科學(xué)院，昆明650201

摘要:氣候變化是景觀演變的重要驅(qū)動力，高海拔地帶生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應(yīng)較為敏感和迅速。選擇地處青藏高原東南緣，受人為干擾相對較小的碧塔海流域為研究對象，利用1958—2011年氣象資料以及1955、1974、1981、1994、2005和2011年6個年代的景觀類型面積，采用氣候傾向率估計、Mann-Kendall突變檢驗方法和Pearson相關(guān)系數(shù)等統(tǒng)計方法，研究了香格里拉縣氣候變化背景下碧塔海流域景觀演變特征。結(jié)果表明：(1)1958—2011年來，滇西北香格里拉縣多年平均氣溫為5.9℃，多年平均活動積溫為2146.1℃，多年平均年極端高溫為24.3℃，多年平均年極端低溫為-18.6℃，多年平均降水量為631.7mm。氣溫、活動積溫和年極端低溫呈顯著上升趨勢，近54年來氣溫平均上升了1.94℃，升溫速率遠高于云南和全國水平。年極端高溫和降水量呈增加趨勢，但增加不明顯。滇西北高原碧塔海流域背景氣候呈現(xiàn)顯著的變暖趨勢。(2)1955—2011年來，碧塔海流域自然景觀演變規(guī)律為草甸和灌草叢向有林地演變，氣溫、活動積溫和年極端低溫升高趨勢與有林地景觀面積的增加趨勢大體一致，與草甸和灌草叢變化趨勢相反。(3)氣溫、活動積溫和年極端低溫與碧塔海流域草甸、灌草叢和有林地的景觀面積變化具有顯著的相關(guān)性，是流域景觀演變的主導(dǎo)氣候要素，在草甸和灌草叢演變成有林地的過程中發(fā)揮著重要作用。極端高溫和降水量對流域景觀演變的作用相對較弱。

關(guān)鍵詞：氣候變化；碧塔海流域；景觀；演變

據(jù)政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第五次報告指出，近132年(1880—2012年)來地表平均溫度增加了0.85℃[1]，中國近百年來氣候也發(fā)生了與全球氣候變化總趨勢基本一致的明顯變化[2]。氣候變化是景觀演變的重要自然驅(qū)動力之一，植被的形成是植物對特定氣候長期適應(yīng)的結(jié)果[3]，氣候變化中水、熱條件的改變直接或間接地控制著各種生態(tài)過程和生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力，使植被類型改變，導(dǎo)致景觀格局的變化[4- 8]。高海拔地帶的生態(tài)系統(tǒng)對氣候變化的響應(yīng)最為敏感和迅速[9- 10]，氣候變化對高原景觀格局影響的研究日益受到關(guān)注。

地處云南省西北部 (簡稱滇西北)高原的碧塔海是滇西湖群組成之一[11]，在區(qū)域獨特的地質(zhì)地貌和氣候背景下，碧塔海流域發(fā)育了以湖泊、沼澤、沼澤化草甸、草甸、森林等為主的滇西北典型高原景觀類型[12]。由于碧塔海地處金沙江流域中上游，且位于全球34個生物多樣性熱點地區(qū)之一的“中國西南山地”重要地帶[13]，而備受關(guān)注。目前，對碧塔海景觀空間格局[12]、濕地生態(tài)環(huán)境[14]、濕地植被[15]、群落演替[16]等方面已有相關(guān)研究，但對在氣候變化背景下，碧塔海流域景觀格局演變的研究尚未見報道。因此，本文針對低緯高原、人為干擾較小的滇西北碧塔海流域，開展氣候變化背景下的景觀演變研究，以期從景觀層面為碧塔海流域的有效保護與合理利用，以及進一步研究低緯高原生態(tài)系統(tǒng)的變化規(guī)律和驅(qū)動因子提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)概況

碧塔海流域地處青藏高原東南緣橫斷山脈三江并流區(qū)東部，位于滇西北迪慶藏族自治州香格里拉縣縣城東側(cè)，距縣城約30 km，屬于金沙江水系[11]。流域介于北緯27°47′44″—27°51′19″和東經(jīng)99°57′15″—100°00′31″之間，面積1945.0 hm2，其內(nèi)最高海拔3967 m，最低海拔3538 m，高差429 m[12]，為高海拔、低緯度地帶[17]。流域由碧塔海湖泊水域、山間平緩谷地和湖泊匯水面山組成[18]。碧塔海是滇西北一個人為干擾較小的[11]、保存最為完整的封閉型高原淡水湖泊[19]，由于其匯水面山分布有茂密的長苞冷杉林、油麥吊云杉林、川滇高山櫟林等原始森林[20]，起到了極好的水土保持和水源涵養(yǎng)作用。碧塔海湖水補給穩(wěn)定，湖面變化較小，水位較為穩(wěn)定[11]。碧塔海流域是三江并流國家級風(fēng)景名勝區(qū)、碧塔海省級自然保護區(qū)、三江并流世界自然遺產(chǎn)地、碧塔海國際重要濕地和香格里拉普達措國家公園的重要組成部分[12]。綜上可見，該區(qū)是開展氣候變化背景下景觀自然演變研究的理想場所，具有重要的研究價值。

2資料及方法

2.1資料

碧塔海流域內(nèi)沒有長期氣象觀測資料，考慮到自然驅(qū)動因子常常是在較大的時空尺度上作用于景觀格局[21]，本文旨在研究氣候變化背景下碧塔海流域景觀演變特征，因此采用距離碧塔海流域最近的國家基準(zhǔn)氣象站(香格里拉縣氣象觀測站)，自1958年建站至2011年來近54年的年平均氣溫、年活動積溫、年極端高溫、年極端低溫、年降水量(文中簡稱為氣溫、活動積溫、年極端高溫、年極端低溫和降水量)和日平均氣溫資料作為碧塔海流域的氣候背景資料。植物通常在日平均溫度上升到5℃的時候開始發(fā)育，文中活動積溫為年內(nèi)日平均氣溫穩(wěn)定通過5℃期間的日平均氣溫之和[22]。

在本研究中，反映碧塔海流域景觀演變的景觀類型面積數(shù)據(jù)取自本文作者的前期研究成果，1955—2011年6個年代的景觀類型面積數(shù)據(jù)和景觀類型圖參閱文獻[12]，在本文中不再列出相關(guān)景觀類型面積數(shù)據(jù)和附相關(guān)景觀類型圖。

2.2研究方法

2.2.1氣候變化特征

(1)氣候傾向率估計方法

(2)Mann-Kendall突變檢驗方法(簡稱M-K方法)

該方法是一種非參數(shù)統(tǒng)計檢驗方法，其優(yōu)點是不需要樣本遵從一定分布，也不受少數(shù)異常值的影響，更適用于類型變量和順序變量。其方法如下：對于具有n個樣本量的時間序列x，構(gòu)造一秩序列：

(1)

(2)

式中，UF1=0，而E(sk)、var(sk)是累計數(shù)sk的均值和方差。在x1,x2,,…,xn相互獨立且具有相同連續(xù)分布時，有：

(3)

2.2.2氣候要素與景觀面積的相關(guān)性

皮爾遜(Pearson)相關(guān)系數(shù)是描述兩個隨機變量線性相關(guān)的統(tǒng)計量，設(shè)有兩列時間變量x=x1,x2,…,xn和 y=y1,y2,…,yn，n為樣本容量，相關(guān)系數(shù)的計算公式為：

(4)

Pearson相關(guān)系數(shù)r的取值在-1.0—1.0之間，當(dāng)r>0時，表明兩變量呈正相關(guān)，越接近1.0，正相關(guān)越顯著；當(dāng)r<0時，表明兩變量呈負(fù)相關(guān)，越接近-1.0，負(fù)相關(guān)越顯著；當(dāng)r=0時，表示兩變量相互獨立。據(jù)統(tǒng)計學(xué)大樣本定理[25]，樣本量大于30才有統(tǒng)計意義，由于景觀類型面積樣本容量較小，用無偏相關(guān)系數(shù)對Pearson相關(guān)系數(shù)加以矯正，無偏相關(guān)系數(shù)記為r*，計算公式為：

(5)

最后利用t檢驗方法對矯正后的相關(guān)系數(shù)進行顯著性檢驗[24]。采用無偏相關(guān)系數(shù)探討氣候要素與碧塔海流域各景觀類型面積之間的相關(guān)性。本文采用Matlab 7.01軟件進行計算分析。

3結(jié)果與分析

3.1背景氣候變化特征

近54年來香格里拉縣多年平均氣溫為5.9℃；多年平均活動積溫為2146.1℃；多年平均年極端高溫為24.3℃，且最高值出現(xiàn)在2005年和2006年，達26.0℃；多年平均年極端低溫為-18.6℃，最低值出現(xiàn)在1982年，低至-27.4℃；多年平均降水量為631.7mm。

利用氣候傾向率估計方法對各氣候因子的時間序列做線性傾向分析結(jié)果見圖1。從圖1中可知香格里拉縣各氣候要素隨時間變化的總趨勢均為增加，氣溫、活動積溫、年極端高溫、年極端低溫和降水量的氣候變化傾向率分別為0.36℃/10a、56.5℃/10a 、0.15℃/10a、0.98℃/10a和8.8mm/10a，近54年來氣溫平均上升了約1.94℃，與全省和全國相比升溫趨勢一致，氣溫升溫幅度和升溫速率均高于云南[26]和全國[2]的平均狀況(云南近48年平均上升了0.66℃，增溫速率為0.14℃/10a，全國近50年來平均氣溫上升了1.3℃，增溫速率為0.25℃/10a)，年極端高溫上升了約0.81℃，年極端低溫上升了約5.29℃，活動積溫增加了305.1℃，降水量增加了約47.5mm。

圖1　1958—2011年滇西北香格里拉縣氣候要素變化趨勢Fig.1　The trend of climate elements over Shangri-La County of northwestern Yunnan from 1958 to 2011直線：線性傾向擬合線

采用M-K方法對香格里拉縣各氣候要素的變化規(guī)律和突變特征進行檢驗結(jié)果見圖2。結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣溫M-K計量曲線中(圖2)，1979年以前UF值小于零，1979年以后大于零，1988年通過α=0.05的信度檢驗，表明1958—2011年間，1979年以前氣溫有所下降，但趨勢不明顯，1979年以后氣溫呈上升趨勢，且1988年以后上升趨勢極為顯著。香格里拉縣活動積溫的M-K計量曲線中(圖2)，1981年之前UF值小于零， 1981年以后UF值大于零，1993年通過α=0.05的信度檢驗，UF和UB的交點出現(xiàn)在1988和1990年，表明活動積溫在1980年以后為上升趨勢，且上升和突變趨勢顯著，突變開始的時間大致為1988年左右。年極端高溫M-K計量曲線中(圖2)，1976年以后UF值大于零，在近54年中上升趨勢未通過α=0.05的信度檢驗，表明年極端高溫在1976年以后為上升趨勢，但上升趨勢不明顯。年極端低溫M-K計量曲線中(圖2)，1958年以來UF值均大零，1990年通過α=0.05的信度檢驗，UF和UB的交點出現(xiàn)在1986年，表明年極端低溫自1958年以來主要為升高趨勢，突變開始的時間為1986年，且上升和突變趨勢顯著。1989年以前降水量的UF曲線在零線附近擺動，在1989年之后均位于零線以上，表明降水量在20世紀(jì)80年代以后有所增加，但增加趨勢不明顯(圖2)。

圖2　1958—2011年滇西北香格里拉縣氣候要素M-K突變檢驗Fig.2　The M-K mutation test of climate elements over Shangri-La County of northwestern Yunnan from 1958 to 2011粗實線：UF；粗虛線：UB；細實線：檢驗臨界值；點虛線：零值線

M-K方法檢驗表明滇西北香格里拉縣活動積溫在1988年附近存在顯著的突變趨勢，突變前1958—1988年的多年平均活動積溫為2072.6℃，突變后1989—2011年的多年平均活動積溫為2239.7℃，突變前后平均上升了167.1℃。年極端低溫突變開始的時間為1986年，突變前1958—1986年的多年平均年極端低溫為-20.2℃，突變后1987—2011年的多年平均年極端低溫為-16.8℃，平均上升了3.4℃，香格里拉縣年極端低溫突變的時間與全國年極端低溫顯著升高的時間基本一致[27]。

綜上所述，1958—2011年近54年來滇西北香格里拉縣氣溫、活動積溫和年極端低溫大體上呈顯著上升趨勢，活動積溫和年極端低溫突變趨勢顯著，年極端高溫和降水量稍有上升或增加，但上升或增加趨勢不明顯。滇西北碧塔海流域背景氣候具有明顯的變暖趨勢。

3.2景觀面積變化特征

碧塔海流域景觀類型有湖泊水域、沼澤、沼澤化草甸、草甸、有林地、寒溫性稀樹灌草叢(簡稱灌草叢)和公路，其中有林地為流域的優(yōu)勢景觀類型。1955—2011年，除湖泊水域、沼澤和沼澤化草甸沒有變化，草甸和灌草叢分別減少了11.08 hm2和135.19 hm2；有林地增加了118.24 hm2，由草甸和灌草叢轉(zhuǎn)變而來；公路自2005年開始修建，增加了28.03 hm2，由草甸、灌草叢和有林地轉(zhuǎn)變而成?？傮w上流域景觀演變表現(xiàn)出以自然驅(qū)動力為主，人為驅(qū)動力為輔的景觀演變驅(qū)動力格局[12]。

圖3　滇西北碧塔海流域景觀面積距平標(biāo)準(zhǔn)化序列　Fig.3　The standardized anomalies sequence of landscape area over Bita lake watershed of northwestern Yunnan

選取碧塔海流域內(nèi)景觀類型發(fā)生變化的草甸、有林地、灌草叢和公路景觀面積進行距平標(biāo)準(zhǔn)化，以便在同一水平上分析其隨時間的變化趨勢(圖3)。圖3可知，1955—2011年近56年來草甸和灌草叢的景觀面積隨時間推移一直呈減少的趨勢，1955—2005年間有林地的景觀面積隨時間推移大體上一直呈增加的趨勢，2005—2011年間，因修建公路使草甸、灌草叢和有林地被占用，有林地的景觀面積有所下降。

3.3景觀演變與氣候要素的相關(guān)性

景觀演變是自然驅(qū)動因子和人為驅(qū)動因子共同作用的結(jié)果[28]，自然驅(qū)動因子包括氣候、地質(zhì)、地貌、地形、土壤、水文和生物作用。1955—2011年的56年間，碧塔海流域的地質(zhì)、地貌、地形、土壤等自然因子基本沒有變化，也沒有發(fā)生過自然災(zāi)害，且人為干擾較小[12]，氣候則呈現(xiàn)顯著的變化趨勢，這必然會導(dǎo)致景觀格局發(fā)生變化，在景觀類型層面直接表現(xiàn)為植被群落演替，這主要由于群落總是朝向和當(dāng)?shù)厣?包括氣候)保持協(xié)調(diào)和平衡的方向演替。也就是說，氣候是碧塔海流域自然景觀類型演變的主要自然驅(qū)動因子。

由于碧塔海流域遙感數(shù)據(jù)始于1955年，而氣候要素在1958年才有最早的觀測記錄，故以離1955年最近連續(xù)3a(1958、1959和1960年)的氣候要素平均值代替1955年缺測的氣候資料，其它時段則采用同期1974，1981，1994，2004和2011年的氣候資料與碧塔海流域自然景觀類型(草甸、有林地、灌草叢)面積進行相關(guān)分析(表1)，篩選影響景觀演變的主導(dǎo)氣候要素。

表1　碧塔海流域景觀類型面積與氣候要素的無偏相關(guān)系數(shù)

*,**,***分別為通過α=0.1,0.05,0.01的顯著t檢驗

碧塔海流域景觀類型面積與氣候要素的無偏相關(guān)系數(shù)表(表1)中加粗的相關(guān)系數(shù)值均通過顯著性檢驗，近年來氣候因子與碧塔海流域有變化的自然景觀類型草甸、有林地、灌草叢之間存在以下關(guān)系：

草甸和灌草叢面積與氣溫、活動積溫和年極端低溫呈顯著的負(fù)相關(guān)，而有林地面積與氣溫、活動積溫和年極端低溫呈顯著的正相關(guān)，表明當(dāng)氣溫、活動積溫或年極端低溫上升(降低)時，草甸和灌草叢的面積減小(增加)，而有林地的面積增加(減小)。草甸和灌草叢景觀面積與年極端高溫呈負(fù)相關(guān)，與降水量呈正相關(guān)，而有林地景觀面積與年極端高溫呈正相關(guān)，與降水量呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性都不明顯。

根據(jù)前文3.1的分析結(jié)果可知，1958—2011年香格里拉縣氣溫總體呈上升趨勢(圖1)，1958—1979年氣溫有所下降(圖2)，這主要是受到香格里拉縣1958年才有氣候觀測資料的限制，難以確知1958年以前的氣候變化情況。據(jù)萬云霞等的研究，香格里拉縣所處的云南縱向嶺谷區(qū)的氣溫，存在明顯冷、暖位相交替的年代際變化特征，在1901—2002年近百年來總體呈現(xiàn)增溫趨勢[29]。結(jié)合萬云霞等的研究以及圖1和圖2可推知，1901年以來香格里拉縣的氣溫在百年時間尺度上總體呈現(xiàn)增溫趨勢。對照圖1、圖2和圖3，香格里拉縣的氣溫、活動積溫和年極端低溫隨時間大體呈明顯上升趨勢，與有林地面積隨時間明顯增加的趨勢是一致的，而與草甸和灌草叢面積隨時間明顯減少的趨勢相反。這也充分說明氣溫、活動積溫和年極端低溫在有林地增加，以及草甸、灌草叢減少中起著重要作用。

以上分析表明，近56年來，氣溫、活動積溫和年極端低溫與碧塔海流域草甸、灌草叢和有林地面積關(guān)系密切，降水量和年極端高溫與流域景觀面積相關(guān)性較弱，氣溫、活動積溫和年極端低溫是影響碧塔海流域自然景觀類型演變的主導(dǎo)氣候要素。

氣溫對高海拔地區(qū)樹木的生長具有重要的作用[5]，碧塔海流域有林地的主要植被類型為冷杉、云杉、高山櫟林等[20]，已有研究發(fā)現(xiàn)長期增溫使高海拔地區(qū)冷杉和云杉幼苗的光合作用增強，有利于促進幼苗的生長和生物量的積累[7,30- 31]；其次增溫能延長植物的生長季[32]，加快土壤有機質(zhì)的分解速率和養(yǎng)分的可利用性，間接促進樹木生長[33]。熱量是影響樹木生長發(fā)育的重要氣候因子之一，樹木光合作用的下限溫度一般為5℃[34]，對于受低溫限制的高寒生態(tài)系統(tǒng)，較短的生長期是限制植物生物量生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一[35]，活動積溫升高意味著植物生長期的延長[36]，有利于樹木的生長發(fā)育。碧塔海流域背景氣候相對較寒冷(多年平均年極端低溫為-18.6℃，最低值低至-27.4℃)，長期適應(yīng)高寒等環(huán)境的土壤微生物，在溫度稍微升高時，其生物活動便會急劇加強[37]，使土壤中酶活性升高[38]，有利于凋落物和土壤有機物的分解、轉(zhuǎn)換和養(yǎng)分元素的釋放，提高森林土壤肥力[39]，年極端低溫升高可能通過增強土壤生物活性、土壤養(yǎng)分循環(huán)等方式，間接影響樹木的生長。氣溫和活動積溫的升高，有利于流域樹種的生長、發(fā)育，有利于流域內(nèi)草甸和灌草叢向有林地的演變。

降水量和極端高溫對碧塔海流域景觀演變的作用相對較弱，主要原因是近年來降水量有所增加，但增加趨勢不明顯，且碧塔海湖泊水域面積沒有發(fā)生變化[12]，碧塔海四周分布有郁郁蔥蔥的原始森林[20]，其森林水源涵養(yǎng)和水土保持功能較好，氣溫升高能引起湖泊水體溫度的升高，導(dǎo)致蒸發(fā)量增大，使空氣濕度增大，使得降水量對流域植被的生態(tài)促進作用有限。另外，由于流域氣候背景的年極端高溫值并不高(多年平均年極端高溫為24.3℃，近54年來最高為26℃)，升高趨勢不明顯，對流域植被的生長發(fā)育影響不大。

4結(jié)論與討論

(1)近54年來地處低緯度、高海拔的滇西北香格里拉縣氣溫上升了約1.94℃，升溫速率為0.36℃/10a，上升趨勢遠高于全國水平?；顒臃e溫和年極端低溫增溫和突變趨勢明顯，并分別于1988和1986年附近產(chǎn)生突變，突變前后活動積溫平均增加了167.1℃，年極端低溫上升了3.4℃。年極端高溫和降水量稍有上升或增加，但上升或增加趨勢不明顯。滇西北高原碧塔海流域背景氣候呈現(xiàn)顯著的變暖趨勢，且變暖程度遠高于全國水平。

(2)在1955—2011年，碧塔海流域內(nèi)自然景觀演變規(guī)律為草甸和灌草叢向有林地演變，且有林地景觀面積隨時間的增加趨勢與氣溫、活動積溫和年極端低溫隨時間的上升趨勢大體一致，草甸和灌草叢景觀面積隨時間的變化特征則與氣溫、活動積溫和年極端低溫的變化趨勢相反。

(3)氣溫、活動積溫和年極端低溫與碧塔海流域草甸、灌草叢和有林地的景觀面積變化具有顯著的相關(guān)性，是碧塔海流域自然景觀演變的主導(dǎo)氣候要素，降水量和極端高溫的驅(qū)動作用相對較弱。氣溫、活動積溫和年極端低溫在草甸和灌草叢演變成有林地的過程中發(fā)揮著重要作用。

(4)景觀演變是一個極為復(fù)雜的過程，受自然驅(qū)動因子和人為驅(qū)動因子共同的影響。1955—2011年在碧塔海流域人為驅(qū)動因子主要為兩方面因素，其一為碧塔海流域周邊藏民56年間的持續(xù)性放牧習(xí)俗，由于沒有出現(xiàn)過牧現(xiàn)象，放牧沒有造成流域內(nèi)景觀格局的變化；其二為道路建設(shè)，其對流域景觀格局演變的影響表現(xiàn)為2005—2011年，因修建公路使草甸、灌草叢和有林地被占用，三類景觀面積均有所減小，因此道路建設(shè)是碧塔海流域景觀演變的主要人為驅(qū)動因子[12]。綜上所述，在氣候變化的背景下，近56年來氣候變化是碧塔海流域自然景觀格局演變的重要驅(qū)動力，人為驅(qū)動因子的作用相對較弱。

(5)據(jù)IPCC第五次評估報告，與1986—2005年相比，2016—2035年全球平均地表溫度將升高0.3—0.7℃，2081—2100年將升高0.3—4.8℃[1]。據(jù)此，滇西北碧塔海流域的背景氣候可能將進一步變暖，未來變暖趨勢是否會導(dǎo)致流域其它景觀類型之間的相互演變，以及氣候要素影響景觀類型演變的具體過程，都是值得繼續(xù)研究的內(nèi)容。另外，植被覆蓋類型的改變，將會改變地表反照率、表面粗糙度、土壤濕度等地表屬性，影響地表與大氣間的水、熱交換過程，從而影響氣候變化，也即碧塔海流域景觀格局的演變與局地氣候變化之間的正、負(fù)反饋機制也是以后需要進一步研究的內(nèi)容。

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Landscape evolution characteristics of the Bita Lake watershed over northwestern Yunnan province under the background of climate changes

YAO Ping1, YU Qingguo2, CHEN Xiangang1,*, YANG Yuming3

1DepartmentofEnvironmentalScienceandEngineering,SouthwestForestryUniversity,Kunming650224,China2SouthwestForestryUniversity,NationalPlateauWetlandsResearchCenter,Kunming650224,China3YunnanAcademyofForestry,Kunming650201,China

Abstract：Climate change is one of the major driving forces for landscape evolution. The ecosystem in high altitude area has the most sensitive and fast response to climate change. In this study, we focused on the Bita lake watershed of northwestern Yunnan located in the Shangri-la county and in the southeast margin of Three Rivers Parallel Area over Qinghai-Tibet plateau mountains. The study area with small anthropogenic interference, is the ideal area to identify the coupling relationship between climate change and landscape change. Based on the meteorological data from 1958 to 2011, and the landscape area indices of class level in the years of 1955, 1974, 1981, 1994, 2005, 2011, the characteristics of landscape evolution over the Bita lake watershed under the background of climate change were studied using climate tendency estimation method, Mann-Kendall mutation method and Pearson correlation coefficient method. The results were as follow: (1) The values of mean annual temperature, mean annual active accumulated temperature, mean annual extreme high temperature, mean annual extreme low temperature, average annual precipitation were 5.9℃, 2146.1℃, 24.3℃, -18.6℃ and 631.7mm from 1958 to 2011, respectively. The temperature, active accumulated temperature and annual extreme low temperature increased significantly in the Shangri-La of northwestern Yunnan, while the increases of annual extreme high temperature and precipitation weren′t significant. The average temperature was elevated about 1.94 ℃ from 1958 to 2011, and the increasing rate was much higher than that in Yunnan and China. Active accumulated temperature and annual extreme low temperature were shown to be significant warming mutation trend with an increase of 167.1℃ and 3.4℃ after the mutation in the years of 1988 and 1986, respectively. (2) The mechanism of landscape evolution was in a succession from meadow and scrub-grassland to forestland in the Bita lake watershed from1955 to 2011. The rising trends of temperature, active accumulated temperature and annual extreme low temperature were consistent with the increasing trend of forestland landscape area, but were contrary to the decreasing trend of meadow and scrub-grassland landscape area. (3) Significant correlation was found between temperature, active accumulated temperature, annual extreme low temperature and natural landscape area of meadow, scrub-grassland and forestland from 1955 to 2011. When temperature，active accumulated temperature and annual extreme low temperature were increased quickly, the area of meadow and scrub-grassland was decreased, whereas the area of forestland was increased. Temperature, active accumulated temperature and annual extreme low temperature were the main driving factors of landscape evolution over the Bita lake watershed of northwestern Yunnan, while the ecological effects of annual extreme high temperature and precipitation on landscape evolution were relatively lesser. Climate warming was conducive to the growth of the watershed dominant tree, which played an important role in formation of a succession from meadow and irrigation grass to forestland in Bita lake watershed.

Key Words:climate change; the Bita lake watershed; landscape; evolution

基金項目:云南省優(yōu)勢特色重點學(xué)科(生態(tài)學(xué)); 國家自然科學(xué)基金(U0933601); 云南玉溪森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究站項目

收稿日期:2014- 07- 10; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 07- 22

DOI:10.5846/stxb201407101407

*通訊作者Corresponding author.E-mail: ch-x-g@vip.sina.com

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Yao P, Yu Q G, Chen X G, Yang Y M.Landscape evolution characteristics of the Bita Lake watershed over northwestern Yunnan province under the background of climate changes.Acta Ecologica Sinica,2016,36(5):1453- 1461.