準(zhǔn)噶爾盆地不同土地利用類(lèi)型地表反照率研究

鄧小進(jìn)，井長(zhǎng)青，郭文章，閆豫疆，陳 宸

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,新疆草地資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)興貿(mào)經(jīng)濟(jì)學(xué)院,烏魯木齊 830052)

0 引言

土地利用/覆被變化(land use/cover change，LUCC)在人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地球表層及全球變化影響中扮演著重要的角色[1-2]，它能有效反映出人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地表植被變化從而對(duì)地表反照率因子產(chǎn)生的影響[3-4]。從而對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育等生理過(guò)程發(fā)揮重要作用，進(jìn)而引起局地乃至全球陸—?dú)庀嗷プ饔眉皻夂蜃兓痆5-6]。有研究表明，在地球中高緯度地區(qū)，通過(guò)LUCC引起地表反照率發(fā)生改變，局地尺度上產(chǎn)生的輻射強(qiáng)迫絕對(duì)值在某些區(qū)域已經(jīng)超出了溫室氣體的貢獻(xiàn)，對(duì)陸地與大氣之間的能量、水汽循環(huán)產(chǎn)生重要的影響[7-9]。LUCC改變著地表的粗糙程度，而不同土地覆被類(lèi)型及變化程度決定著地表反照率的變化，并在不同空間范圍產(chǎn)生不同程度的輻射強(qiáng)迫；即使同一種類(lèi)型LUCC在不同空間區(qū)域的輻射強(qiáng)迫也有很大的差異性[10]。近年來(lái)，我國(guó)土地覆被發(fā)生了很大變化，這些動(dòng)態(tài)變化特征對(duì)分析區(qū)域尺度上的地表反照率特征、定量評(píng)估不同類(lèi)型LUCC十分重要。然而，人們對(duì)LUCC引起區(qū)域/局地尺度上地表反照率變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)理認(rèn)識(shí)尚且不夠[11]。因此，要充分考慮不同土地覆被類(lèi)型的空間異質(zhì)性，分析LUCC引起的地表反照率的時(shí)空變化，在區(qū)域/局地尺度上加深對(duì)土地利用類(lèi)型變化內(nèi)在機(jī)理及氣候效應(yīng)的了解，同時(shí)也為未來(lái)區(qū)域和全球土地利用決策提供一定的科學(xué)依據(jù)[12-13]。

雖然地表反照率的時(shí)空變化特征在大區(qū)域尺度已經(jīng)日益受到重視，但大多數(shù)研究都基于短波反照率，且多基于全波段輻射觀測(cè)[14-15]。而在不同的研究領(lǐng)域，了解不同土地利用類(lèi)型的地表分光輻射及其地表反照率的特征，對(duì)區(qū)域下墊面地表能量分配和促進(jìn)陸面過(guò)程模式參數(shù)化的發(fā)展具有重要的科學(xué)意義[16]。分光輻射是不同光譜波段的反射率，但目前利用分光輻射進(jìn)行的相關(guān)研究尚少，且多基于觀測(cè)資料來(lái)分析分光輻射及其地表反照率變化特征，從而得到一些有意義的成果[17-19]。有些研究結(jié)果只是初步分析了中國(guó)區(qū)域不同土地利用類(lèi)型的地表反照率在 2000—2015年的年際變化趨勢(shì)，但未分析該時(shí)間段內(nèi)存在土地利用類(lèi)型反復(fù)變化的情況[20]，本文選取2000—2010年和2010—2018年2個(gè)時(shí)間段未變化土地利用類(lèi)型區(qū)域?qū)?zhǔn)噶爾盆地展開(kāi)深入探討與分析，明確2個(gè)時(shí)間段內(nèi)土地利用類(lèi)型產(chǎn)生變化，分析不同土地利用類(lèi)型在可見(jiàn)光、近紅外、短波3個(gè)波段的地表反照率特征，并對(duì)2個(gè)時(shí)間段的年際變化趨勢(shì)進(jìn)行分析討論。研究結(jié)果將不僅有助于全面了解準(zhǔn)噶爾盆地各土地利用類(lèi)型不同波段反照率的分光輻射變化特征，而且有助于清楚認(rèn)知區(qū)域氣候或陸面模式中能量模塊的相關(guān)分光輻射變量的反饋?lái)憫?yīng)機(jī)制，進(jìn)而為研究區(qū)地表分光輻射及能量平衡研究奠定基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

準(zhǔn)噶爾盆地位于新疆北部，南依北天山，北接阿爾泰山，地理坐標(biāo)位于E82.0°～93.5°，N43.5°～48.5°。盆地東高西低，海拔200～1000 m，為封閉式內(nèi)陸盆地，東西長(zhǎng)850 km，最寬380 km，面積約2.25×105km2。準(zhǔn)噶爾盆地氣候干燥，年均氣溫6～10 ℃；降水量100～250 mm，屬溫帶荒漠氣候。盆地中心為古爾班通古特沙漠，是我國(guó)第二大沙漠。受西風(fēng)控制的影響，降水季節(jié)分配均勻，冬春降水較多，其獨(dú)特的植被分布和外貌景觀為我國(guó)其他荒漠地區(qū)所罕見(jiàn)[21]。從土地利用類(lèi)型整體來(lái)看，準(zhǔn)噶爾盆地未利用土地面積最大，約占總面積的60%，草地次之，為30%；其中戈壁在未利用土地類(lèi)型中的面積比例最大，為40%，低覆蓋草地占草地類(lèi)型面積的71%。已有研究中針對(duì)西北地區(qū)地表反照率的研究較少，且多集中在研究積雪和沙漠反照率，而對(duì)土地利用類(lèi)型地表反照率關(guān)注更少，因此，研究不同時(shí)期土地利用類(lèi)型地表反照率更具有科學(xué)意義。本文利用數(shù)字高程模型(digital elevation model，DEM)數(shù)據(jù)及荒漠草地植被類(lèi)型分布共同確定準(zhǔn)噶爾盆地的地理位置和分布范圍，研究區(qū)如圖1所示。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地地理位置示意圖Fig.1 Location of Junggar Basin

1.2 地表反照率產(chǎn)品及數(shù)據(jù)處理

本文采用MOD09A1的L3、SIN網(wǎng)格V006數(shù)據(jù)產(chǎn)品，MOD09A1是Terra衛(wèi)星經(jīng)過(guò)大氣輻射和氣溶膠校正后的MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)地表反射率產(chǎn)品，為正弦曲線投影，空間分辨率500 m，8 d合成，涵蓋1～7個(gè)波段反射率數(shù)據(jù)、太陽(yáng)天頂角、觀測(cè)天頂角及質(zhì)量評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)(QC)。基于高覆蓋、低觀測(cè)角以及無(wú)云、陰影和氣溶膠的原則的MOD09A1產(chǎn)品，極大地保證了產(chǎn)品的可用性[22]，為地表反照率的反演精度提供了保證。全球范圍內(nèi)的精度檢驗(yàn)表明，MODIS以較高的時(shí)間分辨率和空間分辨率，在地表反照率反演中絕對(duì)誤差在± 0.02左右,相對(duì)誤差約10%，能夠滿足氣候模式對(duì)地表反照率精度的要求[23-25]。本文因2000年獲取的MOD09A1數(shù)據(jù)較少，覆蓋不全，故去除2000年的原始數(shù)據(jù)，選取2001—2018年共18年的地表反照率產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)研究。

對(duì)下載后的MOD09A1數(shù)據(jù)集利用MRT(MODIS Reprojection Tools)工具進(jìn)行投影變換、拼接、格式轉(zhuǎn)換等，將HDF格式轉(zhuǎn)化為T(mén)IF格式；利用6S(second simulation of the satellite signal in the solar spectrum)輻射傳輸模型進(jìn)行BRDF模型參數(shù)運(yùn)算[26-27]等，得到7個(gè)光譜通道的白空反照率和黑空反照率。白空反照率表示太陽(yáng)輻射完全漫反射條件的反照率，黑空反照率表示太陽(yáng)輻射完全直射條件下的反照率；根據(jù)Liang等[28]構(gòu)建的MODIS窄波段和寬波段反照率轉(zhuǎn)換公式，利用IDL編程進(jìn)行批處理計(jì)算，得到短波(0.3～2.5 μm)、近紅外(0.76～3.0 μm)、可見(jiàn)光(0.35～0.76 μm)的白空和黑空反照率數(shù)據(jù)，最后采用線性加權(quán)法得到真實(shí)的地表反照率數(shù)據(jù)[29]。

1.3 土地利用數(shù)據(jù)

土地利用數(shù)據(jù)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)的 2000年、2010年、2018年共3期土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，空間分辨率為1 km。參考徐新良等[30]對(duì)中國(guó)土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)分類(lèi)系統(tǒng)的應(yīng)用，將準(zhǔn)噶爾盆地分為耕地、林地、草地、水域、城鄉(xiāng)工礦居民用地和未利用土地 6個(gè)一級(jí)類(lèi)型及22個(gè)二級(jí)類(lèi)型。為了使研究結(jié)果更加準(zhǔn)確，將2000與2010年、2010與2018年2個(gè)時(shí)間段的土地利用類(lèi)型圖進(jìn)行分析比較，選取土地利用類(lèi)型未變的區(qū)域作為研究對(duì)象。

2 統(tǒng)計(jì)分析

2.1 年平均地表反照率

為了定量分析各土地利用類(lèi)型地表反照率及其變化差異，本文將不同波段的地表反照率產(chǎn)品逐月、逐年取平均，得到2000—2018年不同波段不同土地覆蓋類(lèi)型的年平均地表反照率，公式為：

(1)

式中：αband,y,i為不同波段(band)、不同土地覆蓋類(lèi)型(i)的年均地表反照率；albedoband,month,i為相應(yīng)波段band、相應(yīng)土地覆蓋類(lèi)型i的月平均地表反照率。

2.2 地表反照率年變化速率

進(jìn)一步采用一元線性回歸法，擬合準(zhǔn)噶爾盆地2000—2018年不同波段典型地表覆蓋類(lèi)型反照率的年際變化速率，即傾向值b[31]，其計(jì)算公式為：

(2)

式中：n為研究時(shí)段的總年數(shù)；ai為第i年平均地表反照率值；b為傾向值，如果b>0，表示地表反照率升高；反之呈降低趨勢(shì)。b的絕對(duì)值大小反映了地表反照率年變化的速率。

3 結(jié)果與分析

3.1 準(zhǔn)噶爾盆地未變化土地利用類(lèi)型分布格局

由一級(jí)土地利用類(lèi)型分布(表1、圖2(a))可以看出，準(zhǔn)噶爾盆地土地利用類(lèi)型主要以草地和未利用土地為主。從2000年到2010年，整個(gè)準(zhǔn)噶爾盆地土地利用類(lèi)型變化很小，除研究區(qū)的東緣及中部土地利用類(lèi)型發(fā)生變化外，其他區(qū)域均無(wú)明顯變化，整個(gè)研究區(qū)未變化面積約2.16×105km2，占總面積的95.8%。在此期間，耕地面積增加最大(3 104.08 km2)，未利用土地面積減少最大(1 806.04 km2)。從2010—2018年來(lái)看(表1、圖2(b))，研究區(qū)土地利用類(lèi)型變化較大，未變化區(qū)域面積約1.37×105km2，占總面積的60.9%。其中耕地面積增加最大(7 666.67 km2)，未利用土地面積減少最大(10 763.52 km2)。

表1 2000—2018年準(zhǔn)噶爾盆地6類(lèi)土地利用類(lèi)型總面積與凈變化Tab.1 Area and net area change of 6 land cover types during 2000—2018 (km2)

(a)2000—2010年 (b)2010—2018年

綜上可見(jiàn)：土地利用類(lèi)型變化主要發(fā)生在2010年之后。2000—2010年間一級(jí)地類(lèi)面積變化趨勢(shì)較為緩慢，增加或減少幅度遠(yuǎn)低于2010—2018年。從整體來(lái)看，2000—2018年間，整個(gè)準(zhǔn)噶爾盆地耕地面積一直處于增長(zhǎng)趨勢(shì)，耕地面積相較于其他土地利用類(lèi)型增加幅度為最大(1.08×104km2)；林地、未利用面積一直趨于減少趨勢(shì)，未利用土地面積減少最大(1.26×104km2)；草地面積在2000—2010年處于減少趨勢(shì)，但在2010—2018年間草地面積大幅增加，究其原因，近幾年新疆地區(qū)實(shí)施了退耕還林還草、天然林保護(hù)、防沙治沙治堿等一系列生態(tài)環(huán)境治理工程，使得該區(qū)土地利用類(lèi)型發(fā)生了較大的變化。

圖3為準(zhǔn)噶爾盆地各土地利用類(lèi)型的空間分布格局。從一級(jí)土地利用類(lèi)型來(lái)看，耕地主要分布在準(zhǔn)噶爾盆地的南部，2000—2010年間耕地未變化面積為1.72×104km2，其中二級(jí)水田類(lèi)型面積分布很少，只有117 km2(圖3(a))；2010—2018年未變化耕地面積為1.68×104km2，二級(jí)水田類(lèi)型面積更少，僅有6.58 km2(圖3(b))。林地主要分布在南部和東北部，2000—2010年未變化林地面積為3 327.25 km2，其中灌木林面積最大，約占整個(gè)林地面積的41.19%，有林地(32.54%)次之(圖3(c))；2010—2018年間林地未變化面積較少，只有零星分布在北部，面積為202.84 km2(圖3(d))。草地分布區(qū)域比較廣，2000—2010年未變化草地面積為6.34×104km2(圖3(e))，2010—2018年未變化草地面積為3.17×104km2(圖3(f))；其中2個(gè)時(shí)間段的低覆蓋草地面積最大，中覆蓋草地次之，高覆蓋草地最少。水域主要以烏倫古湖和艾比湖為主，2000—2010年面積為2 617.80 km2(圖3(g))；2010—2018年面積為2 061.89 km2(圖3(h))。城鄉(xiāng)工礦居民地主要分布在南部，2000—2010年面積為1 352.96 km2(圖3(i))，2010—2018年面積為665.22 km2(圖3(j))。未利用土地分布最廣，面積也最大，2000—2010年未變化面積為1.28×105km2，占整個(gè)區(qū)域的56.9%(圖3(k))；2010—2018年面積為8.59×104km2，占整個(gè)區(qū)域的38.2%，其中二級(jí)戈壁類(lèi)型在2個(gè)時(shí)間段內(nèi)面積最大，沼澤地面積最小(圖3(l))?？傮w而言，2010—2018年土地利用類(lèi)型變化相較于2000—2010年比較劇烈，且未變化土地利用類(lèi)型面積小于2000—2010年。

(a)2000—2010年耕地 (b)2010—2018年耕地

3.2 各土地利用類(lèi)型地表反照率

本文選取2000—2010年及2010—2018年2個(gè)時(shí)間段的22種土地利用類(lèi)型地表反照率的均值來(lái)定量分析準(zhǔn)噶爾盆地土地利用類(lèi)型的地表反照率特征(圖4、圖5)。

(a)短波 (b)近紅外 (c)可見(jiàn)光

(a)短波 (b)近紅外 (c)可見(jiàn)光

在2000—2010年間，短波、近紅外、可見(jiàn)光土地利用類(lèi)型總輻射地表反照率年均值分別為0.302，0.327和0.283；在2010—2018年間，3種不同波段地表反照率年均值分別為0.307，0.329和0.283。2個(gè)時(shí)間段反照率值均滿足近紅外>短波>可見(jiàn)光。用同屬一級(jí)類(lèi)型的各土地利用類(lèi)型地表反照率的均值代表一級(jí)類(lèi)型地表反照率特征，從一級(jí)類(lèi)型來(lái)看，2000—2010年，3種不同波段的一級(jí)分類(lèi)地表反照率最大值都是未利用土地，其中近紅外波段的地表反照率值最高(0.332)，其次是短波(0.308)和可見(jiàn)光(0.290)。在短波波段和近紅外波段，最小值都是水域，分別為0.206和0.172；在可見(jiàn)光波段，最小值是城鄉(xiāng)工礦居民用地，為0.232。2010—2018年，在短波波段，最大值是未利用土地(0.315)，最小值是水域(0.170)；在近紅外波段，最大值是耕地(0.345)，最小值是水域(0.111)；在可見(jiàn)光波段，最大值是未利用土地(0.299)，最小值是城鄉(xiāng)、工礦、居民用地(0.210)。整體而言，2個(gè)時(shí)間段3種不同波段地表反照率空間變化趨勢(shì)基本一致，一級(jí)分類(lèi)地表反照率的最大值與最小值所對(duì)應(yīng)的土地利用類(lèi)型也相同，且2個(gè)時(shí)間段內(nèi)地表反照率均滿足近紅外>短波>可見(jiàn)光的特點(diǎn)。由此表明，3種不同波段的地表反照率中，近紅外和可見(jiàn)光波段地表反照率決定著短波地表反照率的最大值與最小值；而且近紅外波段反照率值最大，說(shuō)明損失的能量最多。

從準(zhǔn)噶爾盆地二級(jí)土地利用類(lèi)型地表反照率的大小來(lái)看(圖6)，2000—2010年間的22種土地利用類(lèi)型的地表反照率變化的空間格局與 2010—2018年間基本一致，除了湖泊和水庫(kù)坑塘類(lèi)型外，其他土地利用類(lèi)型3個(gè)波段地表反照率也均滿足近紅外>短波>可見(jiàn)光這一特征。在2000—2010年期間，短波、近紅外、可見(jiàn)光波段地表反照率最小值所對(duì)應(yīng)的土地利用類(lèi)型分別為湖泊(0.184)、湖泊(0.134)、城鎮(zhèn)用地(0.187)；3種波段地表反照率最大值所對(duì)應(yīng)的土地利用類(lèi)型分別為裸土地(0.335)、沙地(0.365)、裸土地(0.315)。在2010—2018年間，短波、近紅外、可見(jiàn)光地表反照率最小值所對(duì)應(yīng)的土地利用類(lèi)型和2000—2010年間的相同，分別為湖泊(0.162)、湖泊(0.096)、城鎮(zhèn)用地(0.197)；3種不同波段地表反照率最大值所對(duì)應(yīng)的土地利用類(lèi)型都是裸土地，分別為0.348，0.383和0.320。整體而言：2000—2010與2010—2018年間同種波段所對(duì)應(yīng)的土地利用類(lèi)型地表反照率差值較小，相同的土地利用類(lèi)型在短波、近紅外及可見(jiàn)光波段地表反照率值差異也比較明顯，這充分說(shuō)明地表反照率的空間異質(zhì)性。

(a)2000—2010年

3.3 2000—2018年各土地利用類(lèi)型地表反照率變化趨勢(shì)

從2000—2010年間準(zhǔn)噶爾盆地各土地利用類(lèi)型年均地表反照率年際變化趨勢(shì)來(lái)看(表2)，不同土地利用類(lèi)型在各波段地表反照率變化趨勢(shì)各不相同，一級(jí)和二級(jí)土地利用類(lèi)型地表反照率的變化趨勢(shì)也不同。在可見(jiàn)光波段，一級(jí)和二級(jí)土地利用類(lèi)型均未通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)。在近紅外波段，一級(jí)土地利用類(lèi)型水域和二級(jí)土地利用類(lèi)型湖泊、城鎮(zhèn)用地通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)，分別以每年0.001 8，0.002 63和0.000 61速度在減少，其他土地利用類(lèi)型均未有顯著趨勢(shì)。在短波波段，一級(jí)土地利用類(lèi)型只有水域通過(guò)了顯著性水平檢驗(yàn)，并以每年0.002 5的速度顯著減少；二級(jí)土地利用類(lèi)型的湖泊、其他建設(shè)用地、鹽堿地的地表反照率速率都具有顯著的減少趨勢(shì)，其中湖泊的減少速度最快，為(0.003 28)，剩余的土地利用類(lèi)型都未通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)。在2000—2010年間，各土地利用類(lèi)型的地表反照率在可見(jiàn)光、近紅外、短波3種波段的地表反照率變化趨勢(shì)均不顯著，準(zhǔn)噶爾盆地地表反照率的年際變化趨勢(shì)基本保持平穩(wěn)。

表2 2000—2010各土地利用類(lèi)型地表反照率年際變化趨勢(shì)值Tab.2 Annual variation trend value of surface albedo of each land use type from 2000 to 2010

從2010—2018年各土地利用類(lèi)型地表反照率的年際變化趨勢(shì)來(lái)看(表3)，在可見(jiàn)光波段，只有灘地和沙地通過(guò)0.05的顯著性校驗(yàn)，分別以每年0.003 19，0.004 62的速度顯著減少，其他土地利用類(lèi)型均未通過(guò)0.05的顯著性校驗(yàn)。在近紅外波段，一級(jí)土地利用類(lèi)型除了水域通過(guò)了0.05顯著性檢驗(yàn)，以每年0.008 4的速度顯著減少之外，其他類(lèi)型均未有顯著的變化趨勢(shì)；二級(jí)土地利用類(lèi)型只有河渠和湖泊通過(guò)了0.05的顯著性水平檢驗(yàn)，并分別以每年0.004 35，0.009 14的速度減少，其他土地利用類(lèi)型均沒(méi)有通過(guò)顯著性校驗(yàn)。在短波波段，一級(jí)土地利用類(lèi)型均通過(guò)0.05的顯著性校驗(yàn)，其中在水域類(lèi)型減少最快，以每年0.004 7的速度在減少；二級(jí)土地利用類(lèi)型只有水庫(kù)坑塘通過(guò)了0.05的顯著性校驗(yàn)，以每年0.003 18的速度顯著減少，其他土地利用類(lèi)型沒(méi)有顯著的減少趨勢(shì)。綜合來(lái)看，2010—2018年的各土地利用類(lèi)型地表反照率年際變化斜率值整體要高于2000—2010年，這充分說(shuō)明2010—2018年土地利用類(lèi)型變化頻繁于2000—2010年。

表3 2010—2018各土地利用類(lèi)型地表反照率年際變化趨勢(shì)值Tab.3 Annual variation trend value of surface albedo of each land use type from 2010 to 2018

從圖7來(lái)看，不同波段的22種土地利用類(lèi)型地表反照率特征差異明顯。在草地類(lèi)型中，2000—2010年、2010—2018年3個(gè)波段的土地利用類(lèi)型所對(duì)應(yīng)地表反照率均滿足：低覆蓋草地>中覆蓋草地>高覆蓋草地。耕地均滿足旱田>水田。林地在2000—2010年間，各波段土地利用類(lèi)型地表反照率滿足疏林地>其他林地>有林地>灌木林，分布比較集中；但在2010—2018年間，各土地利用類(lèi)型分布相對(duì)零散，且反照率值滿足疏林地>有林地>灌木林>其他林地。在水域類(lèi)型中，各波段土地利用類(lèi)型地表反照率均滿足河渠>灘地>水庫(kù)坑塘>湖泊；但在可見(jiàn)光波段，4種土地利用類(lèi)型分布相較于短波、近紅外波段分布比較密集，且地表反照率值比較接近，由此說(shuō)明，水域下屬的4種土地利用類(lèi)型所對(duì)應(yīng)地表反照率在可見(jiàn)光波段分光輻射區(qū)別較小。未利用土地在2個(gè)時(shí)間段差異變化較大，沒(méi)有一定的規(guī)律性；由此可見(jiàn)，同種波段不同土地利用類(lèi)型地表反照率不同，不同波段同種土地利用類(lèi)型地表反照率也存在明顯的差異，這充分說(shuō)明地表反照率具有一定的空間異質(zhì)性。

(a)短波草地 (b)近紅外草地 (c)可見(jiàn)光草地

4 討論

目前由人類(lèi)活動(dòng)造成陸表覆被變化對(duì)其影響的效應(yīng)仍具有不確定性[32]。不同土地利用類(lèi)型地表反照率之所以存在差異，主要是因?yàn)榈匚锕庾V特性是隨著時(shí)間、地點(diǎn)和環(huán)境的變化而變化，對(duì)于任一特定地表特征也不可能存在有一種唯一不變的光譜值[33]。在2000—2010年間，準(zhǔn)噶爾盆地土地利用類(lèi)型變化很小，絕大部分土地利用類(lèi)型的地表反照率沒(méi)有顯著的變化趨勢(shì)，整體保持穩(wěn)定；但從2010年開(kāi)始，準(zhǔn)噶爾盆地的土地利用類(lèi)型發(fā)生了較大的變化，人類(lèi)活動(dòng)頻繁導(dǎo)致土地利用變化加劇，而土地利用變化能顯著影響著輻射強(qiáng)迫效應(yīng)[34]，這與本文在2010—2018年的各土地利用類(lèi)型地表反照率年際變化斜率值整體高于2000—2010年有一定的關(guān)系，究其原因主要是在2010年國(guó)務(wù)院發(fā)布“全國(guó)主體功能區(qū)規(guī)劃”的通知后，國(guó)家實(shí)施的一系列重大戰(zhàn)略決策等因素，對(duì)土地利用變化產(chǎn)生深刻的影響[35]，這也與新疆社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展密不可分。

本文以遙感數(shù)據(jù)為支撐，從2000—2010年和2010—2018年2個(gè)時(shí)間段來(lái)分析準(zhǔn)噶爾盆地不同土地利用類(lèi)型在不同波段的地表反照率變化特征，相對(duì)于以往只對(duì)單一波段進(jìn)行分析，更有利于對(duì)不同波段土地利用類(lèi)型間轉(zhuǎn)換的輻射收支、能量平衡、氣候效應(yīng)進(jìn)行評(píng)估。觀測(cè)資料表明[36]，中國(guó)北方地區(qū)明顯變暖,而植被覆蓋差的未利用土地和人類(lèi)活動(dòng)較多的區(qū)域氣溫升高更為明顯[37]，準(zhǔn)噶爾盆地分布著面積最大的古爾班通古特沙漠，未利用土地面積大，地表反照率值最高，LUCC的影響具有較強(qiáng)的區(qū)域代表性，對(duì)區(qū)域氣候的響應(yīng)也更為敏感。對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地分光輻射特征的研究，有利于陸表覆蓋變化產(chǎn)生的氣候效應(yīng)進(jìn)行探究，也更有利于地表反照率的參數(shù)化和陸面過(guò)程模式的發(fā)展。地表反照率的影響因子眾多，但本研究只是從土地利用變化面積的幅度上來(lái)分析地表反照率的變化特征，卻沒(méi)有分析各土地利用類(lèi)型對(duì)地表反照率的貢獻(xiàn)率，也未深入探討產(chǎn)生這些差異的驅(qū)動(dòng)因素及其內(nèi)在機(jī)理，因而在以后研究中，要綜合了解陸表覆蓋變化引起地表輻射收支與能量平衡的影響，并全面分析土地覆被變化引起的輻射特征及其時(shí)空變化機(jī)制。

5 結(jié)論

本文基于MODIS地表反照率數(shù)據(jù)，通過(guò)分光輻射研究了準(zhǔn)噶爾盆地2000—2010年和2010—2018年短波、近紅外、可見(jiàn)光波段各土地利用類(lèi)型地表反照率的時(shí)空變化特征及其年際變化趨勢(shì)，得到如下結(jié)論：

1)2000—2010年間不同波段各土地利用類(lèi)型地表反照率的變化空間格局整體與2010—2018年間保持一致，不同土地利用類(lèi)型地表反照率特征差異也比較明顯，除了湖泊和水庫(kù)坑塘類(lèi)型外，其他土地利用類(lèi)型地表反照率均滿足近紅外>短波>可見(jiàn)光這一特性。

2)2000—2010年間不同波段不同土地利用類(lèi)型地表反照率變化趨勢(shì)均不顯著。其中在可見(jiàn)光波段，一級(jí)和二級(jí)土地利用類(lèi)型均未通過(guò)0.05的顯著性檢驗(yàn)，且各土地利用類(lèi)型分光輻射年際變化速率較小，基本保持穩(wěn)定。2010—2018年間3個(gè)波段各土地利用類(lèi)型年際變化速率整體顯著于2000—2010年間，且短波波段的一級(jí)土地利用類(lèi)型均通過(guò)了0.05的顯著性檢驗(yàn)。

3)準(zhǔn)噶爾盆地土地利用類(lèi)型主要以草地和未利用土地為主，除了草地類(lèi)型面積在2000—2010年間減少后又在2010—2018年間增加外，其他土地利用類(lèi)型在2個(gè)時(shí)間段均保持一致增長(zhǎng)或減少趨勢(shì)；整體而言，2010—2018年間土地利用類(lèi)型變化較劇烈于2000—2010年間。

在未來(lái)的研究中，有待對(duì)LUCC在區(qū)域尺度上對(duì)氣候變化的影響進(jìn)行深入探討。