三江源地區(qū)地形異質(zhì)性對(duì)氣候的影響分析

摘 要 基于三江源地區(qū)60 m×60 m分辨率的DEM柵格圖像資料對(duì)該地區(qū)表征地形異質(zhì)性地形起伏度、高程標(biāo)準(zhǔn)差、地表粗糙度指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算分析，根據(jù)各氣象臺(tái)站1961—2010年氣溫資料和降水資料，分析地形異質(zhì)性對(duì)當(dāng)?shù)氐臍夂虻挠绊?。結(jié)果表明：三江源地區(qū)的地形整體高程高，地表起伏度較大，南部和東南部是地形變化最為劇烈的區(qū)域，地形起伏度、高程標(biāo)準(zhǔn)差和地表粗糙度的絕對(duì)值均較大;中部和西部地區(qū)地勢(shì)變化小，地形起伏度小，高程標(biāo)準(zhǔn)差和地表粗糙度也較小。在整個(gè)研究區(qū)域中，緯度相近區(qū)域的氣候受地形異質(zhì)性的影響效果明顯，地形異質(zhì)性大的區(qū)域氣候表征為暖濕，降水多且氣溫高。

關(guān)鍵詞 地形異質(zhì)性;氣溫;降水;三江源地區(qū)

中圖分類號(hào)：S16 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.23.070

對(duì)于地理研究來說，地形分析是最重要的基礎(chǔ)性研究，其在地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、人文學(xué)、土木學(xué)等相關(guān)研究中應(yīng)用廣泛，普遍作為最初研究對(duì)象，為進(jìn)一步的研究和分析提供依據(jù)。異質(zhì)性這一概念來源于生物學(xué)，地形的異質(zhì)性可以簡(jiǎn)單理解為單位面積上地形的變化程度，指的是地形的不同性質(zhì)和表現(xiàn)。18世紀(jì)以來，等高線地形圖引入地形研究后，該地形圖一直被應(yīng)用至今，是研究地形情況的重要方法。

地球表面是連續(xù)不斷的，地形異質(zhì)性研究的重要數(shù)據(jù)之一就是DEM柵格數(shù)據(jù)。在DEM數(shù)據(jù)柵格單元，地形異質(zhì)性可以理解為柵格單元內(nèi)地形的復(fù)雜性和變異性，其不僅能夠表示單元內(nèi)地形的形態(tài)變異性，又能表現(xiàn)為單元內(nèi)地形的高程變異[1]。國內(nèi)外對(duì)于基于DEM數(shù)據(jù)地形分析的研究主要分為2方面：1）對(duì)不同尺度DEM數(shù)據(jù)精確度的研究;2）對(duì)DEM數(shù)據(jù)不確定性引起的問題研究，也就是DEM數(shù)據(jù)的尺度對(duì)地形表達(dá)的精度影響和DEM尺度對(duì)地形分析、地學(xué)模型的影響分析等方面的研究[2-4]。

三江源地區(qū)的生態(tài)環(huán)境原始而獨(dú)特，對(duì)外界的影響敏感而復(fù)雜，是中國面積最大的自然保護(hù)區(qū)，也是世界高海拔地區(qū)生物多樣性最集中的自然保護(hù)區(qū)，這一地區(qū)的生態(tài)多樣性保護(hù)顯得格外重要[5-6]?；诖耍芯吭摰貐^(qū)的地形異質(zhì)性對(duì)氣候的影響。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域和數(shù)據(jù)資料

1.1.1 研究區(qū)域

三江源地區(qū)是指長江、黃河、瀾滄江源頭地區(qū)，位于青海省南部，青藏高原腹地，以山地地貌為主，山脈綿延、地勢(shì)高聳、地形復(fù)雜，海拔為3 335～6 564 m，地形起伏相對(duì)較小，地貌皆受地質(zhì)構(gòu)造控制。該地區(qū)氣候條件特殊，地面寒冷分化作用強(qiáng)烈，但區(qū)域內(nèi)人為因素對(duì)自然環(huán)境的影響相對(duì)較弱，區(qū)內(nèi)的自然植被演替、河流湖泊演變等自然過程基本保持著天然原始的狀態(tài)，生態(tài)多樣性突出。

1.1.2 數(shù)據(jù)資料

獲取三江源地區(qū)1961—2010年16個(gè)氣象站觀測(cè)的氣溫和降水?dāng)?shù)據(jù)。該16個(gè)氣象觀測(cè)點(diǎn)分別是沱沱河、清水河、五道梁、雜多、曲麻萊、瑪多、囊謙、玉樹、同德、興海、達(dá)日、久治、班瑪、瑪沁、河南、澤庫。為保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性和完整性，對(duì)各站點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選處理，發(fā)現(xiàn)貴德、瑪沁和澤庫氣象站數(shù)據(jù)有缺失，剔除這3個(gè)氣象站數(shù)據(jù)，最終獲得13個(gè)站點(diǎn)的完整數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.2 研究方法

1.2.1 地形起伏度

地形起伏度是反映地形縱向變化的指標(biāo)，指最大高差與最小高差的差值，能在一定程度上反映某地區(qū)地形的變化差異和地面的起伏狀況[7]。

地形起伏度計(jì)算公式如下：

RF=Hmax-Hmin（1）

其中RF指的是地形起伏度，Hmax指的是最大高程值，Hmin指的是最小高程值[8]。

1.2.2 地表粗糙度

地表粗糙度指的是地形水平方向的變形特性，一般定義為地表單元的曲面面積和其在水平面上的投影面積之比。

1.2.3 高程分析

標(biāo)準(zhǔn)差這一數(shù)學(xué)上經(jīng)常被使用的參數(shù)引用到地形變化的相關(guān)描述中時(shí)，可以反映某些數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的相離情況。高程標(biāo)準(zhǔn)差刻畫了高程的變化情況，是柵格單元內(nèi)地形變異的量度指標(biāo)，反映了各點(diǎn)高程與高程平均值的離散程度。

在利用高程標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行地形描述時(shí)，當(dāng)柵格單元尺寸與山坡坡長接近或一致時(shí)，高程標(biāo)準(zhǔn)差反映了柵格單元內(nèi)地形的高程變異;而柵格單元尺寸與山坡坡長不一致時(shí)，高程標(biāo)準(zhǔn)差能給出地貌景觀單元的粗糙程度。

2 結(jié)果與分析

2.1 地形起伏度

三江源地區(qū)地形起伏度處理結(jié)果如圖1所示。從圖中可以看出，整個(gè)區(qū)域內(nèi)的地形起伏度較大，特別是在東部和中南部區(qū)域的起伏度在圖像顯示為高亮的白色，起伏度值大，局部地區(qū)達(dá)到了1 700 m左右，地形落差大，異質(zhì)性明顯。

2.2 地表粗糙度

地表粗糙度計(jì)算結(jié)果見圖2，可以看出，區(qū)域內(nèi)東部和中南部曲率值較高的地方和曲率值較低的地方斑點(diǎn)密集且多變，中部和整個(gè)西部的曲率值相對(duì)較為單一，相鄰區(qū)域變化不明顯，曲率值在數(shù)值上較接近0。說明三江源地區(qū)東部和中南部地區(qū)凹凸程度多變且凹凸程度較大，地形較為粗糙，而中部和西部地區(qū)凹凸程度變化相對(duì)于來說較緩和，地形的粗糙度也較平緩。

2.3 高程標(biāo)準(zhǔn)差

通過高程等值線處理描述三江源地區(qū)高程變化如圖3所示。根據(jù)圖3等值線處理結(jié)果看出，三江源地區(qū)高程等值線東部和南部較為密集，變化較大，因而研究區(qū)東南部和南部地形起伏變化大，山體坡度大，山體高聳，地形多峽谷、懸崖;西部、北部和中部地區(qū)高程值雖然高，屬高原山地地形，但是地形縱向變化較小，整體較為平坦。研究區(qū)中東部和南部多為河流縱向切割山體形成的巨大峽谷，河流蘊(yùn)藏勢(shì)能非常豐富，隨著時(shí)間的流逝，等值線在這一區(qū)域的變化會(huì)更加明顯;中部、西部和北部地區(qū)由于地勢(shì)相對(duì)于平坦，冰川融水不易流出，天然的凍土資源自然形成了很多沼澤、湖泊等濕地類型，濕地資源豐富。區(qū)域內(nèi)的等值線以500 m作為間隔，東部和中南部等高線密集，其他區(qū)域等高線稀疏，等高線越密集，地形越是崎嶇，起伏度越大，異質(zhì)性越明顯。

2.4 三江源地區(qū)氣溫及降水變化

2.4.1 三江源地區(qū)氣溫變化

根據(jù)三江源地區(qū)的相關(guān)流域范圍，對(duì)數(shù)據(jù)較全的13個(gè)氣象站進(jìn)行了相關(guān)區(qū)域劃分，具體劃分如下：囊謙、雜多屬瀾滄江源區(qū);達(dá)日、興海、瑪多、久治、河南屬黃河源區(qū);玉樹、曲麻萊、清水河、五道梁、沱沱河、班瑪屬長江源區(qū)。

對(duì)三江源地區(qū)13個(gè)氣象臺(tái)站1961—2010年氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果見圖4?？梢钥闯觯珔^(qū)域平均氣溫雖然高低往復(fù)，但是整體上升趨勢(shì)十分顯著。說明在全球氣候變暖的大背景下，三江源地區(qū)氣候正在向暖濕方向轉(zhuǎn)變。

2.4.2 三江源地區(qū)降水變化

對(duì)三江源地區(qū)16個(gè)氣象臺(tái)站1961—2010年降水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，結(jié)果如圖5所示。可以看出，雖然三江源地區(qū)降水量有增有減，但是整個(gè)區(qū)域的降水增加趨勢(shì)明顯，部分地區(qū)降水量急劇增加，21世紀(jì)初增加尤為明顯。從空間上看，位于東南地區(qū)的站點(diǎn)降水增加明顯高于其他地區(qū)，整個(gè)區(qū)域的增加趨勢(shì)大致從東南向西北遞減。

2.5 空間異質(zhì)性對(duì)氣候變化的影響

在進(jìn)行分析的過程中，匯總了三江源地區(qū)13個(gè)氣象站的地形信息，三江源地區(qū)地形異質(zhì)性數(shù)據(jù)和氣候數(shù)據(jù)研究如表1。

對(duì)表中的數(shù)據(jù)利用相關(guān)系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，如表2所示。

由表2可以得出，地形異質(zhì)性的4個(gè)指標(biāo)對(duì)三江源地區(qū)的氣溫和降水的空間分布影響程度為：在氣溫的空間分布方面，地表粗糙度指標(biāo)和降水、氣溫分布均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系且對(duì)降水的影響較大，而對(duì)氣溫影響不太明顯。

相對(duì)來說，高程標(biāo)準(zhǔn)差和地形起伏度對(duì)氣溫和降水的空間分布的貢獻(xiàn)較大一些，在同一緯度帶內(nèi)，地形異質(zhì)性大的地區(qū)，氣候較為暖濕;地形異質(zhì)性小的地區(qū)，氣候較為干冷。

3 結(jié)論

三江源地區(qū)位于世界屋脊——青藏高原腹地，氣候類型為典型的山地高原氣候，常年氣候干冷，地形以山地高原為主。區(qū)域內(nèi)的東部和中南部地形異質(zhì)性大，地形起伏度大，高程標(biāo)準(zhǔn)差和地表粗糙度也較大，因而降水多，氣溫高，氣候相對(duì)暖濕;區(qū)域的中部和西部地形異質(zhì)性小，地形起伏度小，因而氣候寒冷，降水稀少，自然情況惡劣。區(qū)域的東南部是區(qū)域內(nèi)雨水最豐沛的地區(qū)，植被種類、覆蓋率和生物種類也均較高，區(qū)域的西部是生態(tài)環(huán)境最惡劣的地區(qū)，也是最脆弱的區(qū)域。

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（責(zé)任編輯：劉昀）

收稿日期：2019-07-11

基金項(xiàng)目：地質(zhì)調(diào)查創(chuàng)新平臺(tái)評(píng)估與成果轉(zhuǎn)化項(xiàng)目“退化及未利用土地整治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室前沿發(fā)展研究與人才培養(yǎng)”（CDD1918-10）。

作者簡(jiǎn)介：武丹（1992—），女，甘肅張掖人，碩士，助理工程師，研究方向?yàn)橥恋毓こ碳夹g(shù)、土地信息化。E-mail： 843969970@qq.com。