?？诔鞘袧竦貏討B(tài)變化對氣候的響應(yīng)

李苑菱，林江，陳毅青，陳宗鑄，雷金睿，陳小花，吳庭天

（1.海南省林業(yè)科學(xué)研究院，海南?？?571100；2.海南東寨港國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，海南海口 571100）

濕地資源分布狀況和降雨、氣溫等氣候因素之間存在著非線性的關(guān)系，相對較小的降雨和氣溫變化也會導(dǎo)致水文狀況較大的變化[1～2]。中國《氣候變化國家評估報(bào)告》指出，20 世紀(jì)中國氣候變化與全球變暖的總趨勢基本一致[3]。氣候變化使得中國大面積濕地水資源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，引起濕地水資源的數(shù)量減少和質(zhì)量下降，導(dǎo)致濕地生態(tài)功能退化，已影響和危及到區(qū)域生態(tài)安全和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。最新預(yù)測表明，這種變暖趨勢將會繼續(xù)，到21 世紀(jì)末全球氣溫將會上升1.1～6.4℃，降雨模式也會發(fā)生顯著變化[4]。未來氣候變化及其所帶來的水文過程的改變都將會嚴(yán)重地威脅濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和健康[5～6]。全國濕地資源調(diào)查報(bào)告指出，在2003 年至2013 年的10 年間，中國濕地面積減少了339.63×104hm2，占濕地總面積的8.82%[7]。氣溫升高和降水變化等是影響城市濕地分布和功能的主要?dú)夂蛞蛩豙4]。而城市濕地污染和退化，嚴(yán)重影響城市的生態(tài)環(huán)境健康，增強(qiáng)城市熱島效應(yīng)。地表水洼蓄和下滲能力大大減弱，河道防洪壓力明顯加大，促使內(nèi)部生境破碎化，加劇城市內(nèi)澇[5，8]。因此，城市濕地在環(huán)境調(diào)節(jié)和自然災(zāi)害防控方面的意義更加突出, 同時(shí)其對氣候變化也更為敏感。

因此，了解?？谑械某鞘袧竦胤植荚跉夂蜃兓碌捻憫?yīng)規(guī)律，探討城市濕地分布、面積等變化，不僅可以監(jiān)測和預(yù)測氣候變化對城市濕地主要生態(tài)功能產(chǎn)生的影響，而且對城市濕地的保護(hù)和生態(tài)修復(fù)策略提供科學(xué)有效的參考依據(jù)，對推進(jìn)海南生態(tài)文明大省的建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)域概況

海口市位于海南島東北部，地處19°32′～20°05′N，110°10′～110°41′E，是海南省政治經(jīng)濟(jì)文化中心。?？谑袧竦刭Y源較為豐富，全市共有濕地資源2.91 萬hm2，濕地率達(dá)12.7%。市轄區(qū)內(nèi)共有五源河、響水河、美舍河、三江紅樹林4 個(gè)國家濕地公園，鐵爐溪、三十六曲溪、潭豐洋3 個(gè)省級濕地公園，新舊溝鄉(xiāng)村濕地公園以及東寨港國家級自然保護(hù)區(qū)。濕地類型多樣，共劃分為4 個(gè)濕地類11 個(gè)濕地型。有全國唯一的熱帶火山熔巖地貌的羊山火山熔巖濕地；有被譽(yù)為“中國紅樹植物基因庫”的東寨港國家級自然保護(hù)區(qū)；有“水漫為洋、水退為田”濕地與人和諧共生的新舊溝濕地。2017 年，海口成為全球首批入選國際濕地城市認(rèn)證提名城市。2018年，?？跇s獲全球首批“國際濕地城市”稱號，目前，全市近3 萬hm2濕地納入保護(hù)范圍，2 個(gè)國家濕地公園、5 個(gè)省級濕地公園、45 個(gè)濕地保護(hù)小區(qū)和羊山濕地多用途管理區(qū)正在加快規(guī)劃建設(shè)。

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

通過查閱相關(guān)資料和實(shí)地調(diào)查，基于多平臺、多時(shí)相的多光譜遙感數(shù)據(jù)對2011～2018 年的?？谑袧竦胤植记闆r進(jìn)行遙感影像解譯工作。提取出濕地相關(guān)信息，建立濕地空間矢量數(shù)據(jù)庫，確定?？谑谐鞘袧竦胤植蓟厩闆r。包括城市濕地的具體位置、面積、斑塊數(shù)量、主要用途、水源等，并繪制2011～2018年時(shí)期?？谑谐鞘胁煌瑵竦仡愋头植紙D（圖1）。

根據(jù)海口市氣象數(shù)據(jù)（來源于海南省氣象局網(wǎng)站），設(shè)置年季（2010～2018 年）的濕地面積對比，分析降水量、氣溫、相對濕度、日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速5 個(gè)氣候因子對濕地面積的影響規(guī)律，并分析不同類型城市濕地面積的變化特征和差異性。

圖1 2011～2018 年海口濕地變化情況Fig.1 Changes in Haikou Wetlands from 2011～2018

2.2 數(shù)據(jù)分析方法

利用Excel 軟件對濕地?cái)?shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并利用SPSS 軟件對濕地?cái)?shù)據(jù)與氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 海口市濕地面積變化特征分析

根據(jù)2011～2018 年?？谑袧竦乜臻g分布數(shù)據(jù)，對?？谑懈黝愋蜐竦孛娣e變化狀況進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)（表1）。

表1 ?？谑懈黝愋蜐竦孛娣e變化Tab.1 Changes in wetland area of various types in Haikou City

圖2 2011～2018 年?？谑懈黝愋统鞘袧竦孛娣e變化曲線（a.濕地總面積b.庫塘c.水產(chǎn)養(yǎng)殖d.潟湖e.河流f.紅樹林）Fig.2 Change curve of wetland area of various types of cities in Haikou，2011-2018 (a. Total wetland area b.Reservoir Pond c. Aquaculture d. Lake e. River f.Mangroves)

圖2 為2011～2018 年海口市各類型城市濕地的面積變化趨勢圖，由圖2(a)可以看出，?？谑械臐竦乜傮w面積變化明顯且具有一定特征，其總體呈現(xiàn)出先增大后減小繼而又緩慢增長的趨勢，在2011～2013 年間呈迅速增長趨勢，而到2014 年面積又急劇下降縮小，之后又呈緩慢增長趨勢。

而?？谑懈黝愋蜐竦孛娣e的變化趨勢，由圖2(b)中可以看出，海口市庫塘濕地面積總體趨勢為增長模式；由圖2(c)可知，?？谑兴a(chǎn)養(yǎng)殖場濕地面積在2011～2017 年間均為緩慢增長趨勢，但在2017～2018 年間急劇減少；從圖2(d)、(e)、(f)中可以看出，?？谑械臐暫竦?、河流濕地和紅樹林濕地面積在2011～2018 年間總體均呈下降趨勢，且均在2013～2014 年間出現(xiàn)了面積急劇減少的現(xiàn)象。

3.2 ?？谑?010～2018 年間氣候變化特征分析

通過收集?？谑薪? 年來的月值氣象數(shù)據(jù)觀測資料，選取了降水量、氣溫、相對濕度、日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速等5 個(gè)主要的氣象因子數(shù)據(jù)，并對其2010～2018年間的年度變化趨勢及月份變化趨勢特征進(jìn)行處理分析。

圖3 2010～2018 年?？谑懈鳉庀笠啬甓茸兓厔荩╝.氣溫b.降水c.日照時(shí)數(shù)；d.相對濕度e.風(fēng)速）Fig.3 Annual Trend Map of Meteorological Elements in Haikou City，2010-2018 (a. Temperature b. Precipitation c.hours of sunshine；d. relative humidity e.wind speed)

圖3 為?？谑?010～2018 年間的年平均降水量、年平均氣溫、年平均風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)和相對濕度的年度變化趨勢折線圖。通過對圖3 進(jìn)行分析，可以觀察出近8 年來海口市的氣候變化特征：(1)?？谑?010～2018 年的年平均氣溫整體趨勢為上升，整體上升率為平均每年0.072℃，最高值為2015 年的25.33℃，最低值為2011 年的23.29℃；(2)?？谑?010～2018 年的年平均降水趨勢為下降，整體下降率為平均每年39.318mm，最高值為2010 年的2445.1mm，最低值為2015 年的1673.2mm；(3)海口市2010～2018 年的年日照時(shí)數(shù)整體趨勢為上升，整體上升率為平均每年47.847h，最高值為2015 年的2406.7h，最低值為2011 年的1486.2h；(4)?？谑?010～2018 年的年平均相對濕度整體趨勢為上升，整體上升率為平均每年0.141%，最高值為2014 年的82.58%，最低值為2010 年的80.67%；(5)海口市2010～2018 年的年平均風(fēng)速趨勢為下降，整體下降率為平均每年0.120m/s，最高值為2010 年的3.825m/s，最低值為2018 年的2.748m/s。

圖4 2010～2018 年海口市氣象要素月份變化趨勢（a.氣溫b.降水c.日照時(shí)數(shù)；d.相對濕度e.風(fēng)速）Fig.4 Trend of monthly changes in meteorological elements in Haikou City, 2010～2018 (a. Temperature b.Precipitation c. hours of sunshine；d. relative humidity e.wind speed)

圖4 為?？谑?010～2018 年間的年平均降水量、年平均氣溫、年平均風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)和相對濕度月份變化趨勢折線圖。綜合圖3、圖4 進(jìn)行分析表明：(1)?？谑忻恳荒甓葍?nèi)的平均氣溫變化曲線夏高冬低趨勢，最高氣溫大多在6～8 月，最低氣溫在12～2 月；(2)?？谑忻恳荒甓葍?nèi)的平均降水量變化曲線同樣呈夏高冬低趨勢，降水高峰多集中在7～10 月，其中2010 年10 月的降水量為近8 年來的頂峰值；(3)?？谑忻恳荒甓葍?nèi)的日照時(shí)數(shù)呈夏長冬短趨勢；(4)?？谑忻恳荒甓葍?nèi)的相對濕度整體相差不大，常年濕潤；(5)?？谑忻恳荒甓葍?nèi)的平均風(fēng)速變化為秋冬兩季風(fēng)速較大，夏季風(fēng)速最小。

3.3 海口市城市濕地面積變化對氣候波動的響應(yīng)

濕地面積的變化會引起地表下墊面條件的變化，進(jìn)而影響大氣環(huán)流，且對氣候系統(tǒng)具有重要的反饋?zhàn)饔??？傮w而言，?？谑袧竦孛娣e在2011～2018年度間現(xiàn)出先擴(kuò)張后萎縮繼而又緩慢增長的趨勢特征，這與其周圍的氣溫、降水量、風(fēng)速和日照等因素有著密切的關(guān)系。

3.3.1 ?？谑袧竦乜偯娣e與各氣候因素間的相關(guān)性分析

結(jié)合表2 與圖5，分別將年平均氣溫、年降水量、年相對濕度、年日照時(shí)數(shù)和年均風(fēng)速這5 種氣象因子的變化與?？谑袧竦乜偯娣e變化進(jìn)行比較分析，可得出以下結(jié)果：

(1)由圖5(a)可以看出，從2011～2018 年間海口市的年均氣溫與濕地面積的變化曲線為氣溫增高面積減小，氣溫降低面積增大的趨勢。求出氣溫與面積的相關(guān)系數(shù)約為0.431，P 值為0.286。

(2)由圖5(b)可以看出，海口市年均降水量大致呈先增大后減小的趨勢，與濕地面積變化一致，特別是2013～2014 年間降水量的減少使得濕地面積有所減小。求出降水量與面積的相關(guān)系數(shù)約為0.335，P 值為0.418。

(3)由圖5(c)可以看出，?？谑心耆照諘r(shí)數(shù)與濕地面積的變化趨勢相反，表現(xiàn)為日照時(shí)數(shù)增加時(shí)面積減小，日照時(shí)數(shù)降低面積增大的趨勢，求出日照時(shí)數(shù)與面積的相關(guān)系數(shù)約為0.021，P 值為0.961。

(4)由圖5(d)可以看出，?？谑心昃鄬穸扰c面積變化曲線大體一致。求出相對濕度與面積的相關(guān)系數(shù)約為0.304，P 值為0.465。

(5)由圖5(e)可以看出，?？谑心昶骄L(fēng)速整體呈下降趨勢。求出年平均風(fēng)速與面積的相關(guān)系數(shù)約為-0.490，P 值為0.217。

綜合以上結(jié)果來看，可知海口市的濕地總面積變化與各氣象因子間均無明顯的相關(guān)性，分析出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是由于選取樣本數(shù)量過少以及海口市濕地總面積整體變化不大而導(dǎo)致的。

表2 ?？谑袧竦乜偯娣e與各氣象要素間的分析統(tǒng)計(jì)Tab.2 Analysis and statistics table between the total area of wetlands in Haikou City and meteorological elements

圖5 ?？谑袧竦乜偯娣e與各氣象要素間的相關(guān)性分析（a.氣溫b.降水量c.日照時(shí)數(shù)d.相對濕度e.風(fēng)速）Fig.5 Analysis of correlation between the total area of wetlands in Haikou City and meteorological elements (a.Temperature b. Precipitation c. hours of sunshine; d.relative humidity e. wind speed)

3.3.2 不同類型濕地面積變化與氣象因子間的相關(guān)性分析

結(jié)合表3 至表7，對海口市不同類型的濕地面積變化與年均氣溫、年降水量、年相對濕度、年日照時(shí)數(shù)和年均風(fēng)速等5 種氣象因子的變化進(jìn)行相關(guān)性分析。

表3 ?？谑袔焯翝竦嘏c各氣象要素間的分析統(tǒng)計(jì)Tab.3 Analysis and statistics table between Reservoir Pond Wetlands and Meteorological Elements in Haikou City

由表3 可知：(1)庫塘濕地面積變化與降水量的相關(guān)系數(shù)約為-0.145，P 值為0.732，無相關(guān)性；(2)庫塘濕地面積變化與氣溫的相關(guān)系數(shù)約為0.558，P值為0.150，無相關(guān)性；(3)庫塘濕地面積變化與相對濕度的相關(guān)系數(shù)約為0.656，P 值為0.077，通過了90%顯著性檢驗(yàn)，具有一定的相關(guān)性，且為較強(qiáng)的正相關(guān)；(4)庫塘濕地面積變化與日照時(shí)數(shù)的相關(guān)系數(shù)約為0.601，P 值為0.115，無相關(guān)性；(5)庫塘濕地面積變化與風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)約為-0.969，P 值為0.000，通過了99%顯著性檢驗(yàn)，具有極顯著的相關(guān)性，且為極強(qiáng)的負(fù)相關(guān)。

表4 ?？谑兴a(chǎn)養(yǎng)殖場濕地與各氣象要素間的分析統(tǒng)計(jì)Tab.4 Analysis and statistics table between Aquaculture Wetlands and Meteorological Elements in Haikou City

由表4 可知：(1)水產(chǎn)養(yǎng)殖場的濕地面積變化與降水量的相關(guān)系數(shù)約為-0.595，P 值為0.120，無相關(guān)性；(2)水產(chǎn)養(yǎng)殖場濕地面積變化與氣溫的相關(guān)系數(shù)約為0.432，P 值為0.286，無相關(guān)性；(3)水產(chǎn)養(yǎng)殖場濕地面積變化與相對濕度的相關(guān)系數(shù)約為0.124，P 值為0.770，無相關(guān)性；(4)水產(chǎn)養(yǎng)殖場濕地面積變化與日照時(shí)數(shù)的相關(guān)系數(shù)約為0.285，P 值為0.494，無相關(guān)性；(5)水產(chǎn)養(yǎng)殖場濕地面積變化與風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)約為-0.073，P 值為0.864，無相關(guān)性。

表5 ?？谑袧暫竦嘏c各氣象要素間的分析統(tǒng)計(jì)Tab.5 Analysis and statistics table between Lake Wetlands and Meteorological Elements in Haikou City

由表5 可知：(1)潟湖濕地面積變化與降水量的相關(guān)系數(shù)約為0.617，P 值為0.103，無相關(guān)性；(2)潟湖濕地面積變化與氣溫的相關(guān)系數(shù)約為-0.602，P 值為0.114，無相關(guān)性；(3)潟湖濕地面積變化與相對濕度的相關(guān)系數(shù)約為-0.518，P 值為0.189，無相關(guān)性；(4)潟湖濕地面積變化與日照時(shí)數(shù)的相關(guān)系數(shù)約為-0.705，P 值為0.051，通過了90%顯著性檢驗(yàn)，具有一定的相關(guān)性，且為較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)；(5)潟湖濕地面積變化與風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)約為0.726，P 值為0.041，通過了95%顯著性檢驗(yàn)，具有顯著的相關(guān)性，且為較強(qiáng)的正相關(guān)。

表6 ?？谑泻恿鳚竦嘏c各氣象要素間的分析統(tǒng)計(jì)Tab.6 Analysis and statistics table between River Wetlands and Meteorological Elements in Haikou City

由表6 可知：(1)河流的濕地面積變化與降水量的相關(guān)系數(shù)約為0.421，P 值為0.298，無相關(guān)性；(2) 河流濕地面積變化與氣溫的相關(guān)系數(shù)約為-0.305，P 值為0.462，無相關(guān)性；(3)河流濕地面積變化與相對濕度的相關(guān)系數(shù)約為-0.517，P 值為0.189，無相關(guān)性；(4)河流濕地面積變化與日照時(shí)數(shù)的相關(guān)系數(shù)約為-0.500，P 值為0.207，無相關(guān)性；(5)河流濕地面積變化與風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)約為0.482，P 值為0.226，無相關(guān)性。

表7 ?？谑屑t樹林濕地與各氣象要素間的分析統(tǒng)計(jì)Tab.7 Analysis and statistics table between Mangrove Wetlands and Meteorological Elements in Haikou City

由表7 可知：(1)紅樹林濕地面積變化與降水量的相關(guān)系數(shù)約為0.785，P 值為0.021，通過了95%顯著性檢驗(yàn)，具有顯著的相關(guān)性，且為較強(qiáng)的正相關(guān)；(2) 紅樹林濕地面積變化與氣溫的相關(guān)系數(shù)約為-0.436，P 值為0.280，無相關(guān)性；(3)紅樹林濕地面積變化與相對濕度的相關(guān)系數(shù)約為-0.235，P 值為0.576，無相關(guān)性；(4)紅樹林濕地面積變化與日照時(shí)數(shù)的相關(guān)系數(shù)約為-0.662，P 值為0.074，通過了90%顯著性檢驗(yàn)，具有一定的相關(guān)性，且為較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)；(5)紅樹林濕地面積變化與風(fēng)速的相關(guān)系數(shù)約為0.475，P 值為0.234，無相關(guān)性。

綜合以上結(jié)果可知，海口市庫塘濕地面積的變化與相對濕度和風(fēng)速2 種氣象因素存在相關(guān)性，相對濕度與面積呈正相關(guān)，而風(fēng)速與面積呈負(fù)相關(guān)；潟湖濕地面積的變化與日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速2 種氣象因素存在相關(guān)性，風(fēng)速與面積呈正相關(guān)，而日照時(shí)數(shù)與面積呈負(fù)相關(guān)；紅樹林濕地面積的變化則與降水量和日照時(shí)數(shù)2 種氣象因素存在相關(guān)性，降水量與面積呈正相關(guān)，而日照時(shí)數(shù)與面積呈負(fù)相關(guān)；水產(chǎn)養(yǎng)殖場濕地和河流濕地2 種類型的面積變化與各氣象要素間不存在相關(guān)性。

4 結(jié)論

通過對?？谑薪? 年來城市濕地面積對氣候變化的響應(yīng)進(jìn)行分析研究，研究結(jié)果表明：1)?？谑械臐竦乜傮w面積變化明顯且具有一定特征，其總體呈現(xiàn)出先增大后減小繼而又緩慢增長的趨勢；2) 海口市2010～2018 年的年均氣溫、年日照時(shí)數(shù)和年均相對濕度整體上均為上升趨勢，而年均降水量與年均風(fēng)速均為下降趨勢；3) 海口市的濕地總面積變化與各氣象因子間均無明顯的相關(guān)性，導(dǎo)致這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因可能與選取樣本數(shù)量過少以及?？谑袧竦乜偯娣e整體變化不大有關(guān)，但?？谑胁煌愋蜐竦孛娣e的變化與不同氣候因子間的相關(guān)性各有不同，如庫塘濕地與相對濕度和風(fēng)速存在相關(guān)性，潟湖濕地與日照時(shí)數(shù)和風(fēng)速存在相關(guān)性，而水產(chǎn)養(yǎng)殖場濕地和河流濕地均不存在相關(guān)性。這一研究也驗(yàn)證了眾多學(xué)者的研究結(jié)果[9～14]。濕地對氣候變化的響應(yīng)是在氣候因素作用下濕地水文系統(tǒng)和濕地生態(tài)過程相互作用的結(jié)果。濕地水文條件是決定濕地生態(tài)過程的關(guān)鍵因子。在氣候變化影響下，即使?jié)竦厮臓顩r發(fā)生較小的變化，濕地生態(tài)過程也會發(fā)生較大幅度的反應(yīng)。