1991—2017年葉爾羌河流域冰川景觀格局時(shí)空演變

彭加加,徐麗萍,曹 翠

石河子大學(xué)理學(xué)院, 石河子 832000

冰川作為冰凍圈的重要組成部分之一[1],根據(jù)其規(guī)模和形態(tài)特征,主要分為冰蓋和山地冰川[2]。其中,山地冰川既是存儲(chǔ)淡水資源的“固體水庫(kù)”,也是氣候變化的重要“指示器”[3—4]。隨著全球氣溫的不斷升高,近半個(gè)世紀(jì)以來(lái),全球冰川普遍處于持續(xù)消融狀態(tài)[5],平均每年減少2260億t[6]。中國(guó)冰川主要分布在青新荒漠綠洲區(qū)。在內(nèi)陸干旱地區(qū),冰川作為一種特殊的自然景觀,常常被看作是干旱區(qū)的“生命線”[7]。氣候變暖背景下,冰川變化對(duì)干旱區(qū)的自然生態(tài)環(huán)境演變、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展有著重要影響[8—11]。如何應(yīng)對(duì)冰川變化產(chǎn)生的一系列影響,已成為當(dāng)下亟待面對(duì)的重要現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。而冰川景觀格局演變研究,可提高對(duì)冰川景觀結(jié)構(gòu)及組成變化的認(rèn)識(shí)與理解,為應(yīng)對(duì)冰川變化及其影響提供科學(xué)指導(dǎo)與決策支持。

近年來(lái),景觀格局分析方法已被廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域,尤其是不同土地類(lèi)型(草地、荒漠、濕地等)景觀格局變化分析[12—14]。冰川作為一種特殊的土地利用類(lèi)型,其變化帶來(lái)的影響也不容小覷,已引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[15—17]。冰川消融過(guò)程也是一種景觀變化過(guò)程,冰川景觀結(jié)構(gòu)及其組成的變化可以借助景觀指數(shù)來(lái)描述。將景觀生態(tài)學(xué)理論應(yīng)用于冰川變化的研究已有初步的嘗試,姜亮亮、劉俊嶺等[18—19]運(yùn)用景觀格局指數(shù)對(duì)冰川和永久積雪景觀要素進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),冰川覆被穩(wěn)定性低,最大斑塊指數(shù)以及聚集度下降。李虹蓉[20]為探究祁連山吐?tīng)柛_(dá)坂地區(qū)冰川結(jié)構(gòu)變化特征,引入景觀格局指數(shù),分析發(fā)現(xiàn)冰川破碎度呈現(xiàn)先減小后增大趨勢(shì),冰川斑塊大量消失。隨著RS、GIS技術(shù)越來(lái)越廣泛應(yīng)用于冰川景觀變化的研究中,它們與景觀生態(tài)學(xué)理論相結(jié)合,可以更加直觀的顯示冰川景觀未來(lái)的變化趨勢(shì)。

葉爾羌河作為塔里木盆地西部最大的河流,其徑流大小主要取決于冰雪融水量。葉爾羌河不僅是保障新疆塔里木河生態(tài)系統(tǒng)健康運(yùn)行的重要源流之一,還對(duì)維護(hù)流域乃至整個(gè)新疆生態(tài)環(huán)境安全、促進(jìn)新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的作用[21—23]。對(duì)于整個(gè)葉爾羌河流域來(lái)說(shuō),冰川退縮大大削弱了冰川融水對(duì)河川徑流的調(diào)節(jié)作用,進(jìn)而對(duì)整個(gè)流域的生態(tài)環(huán)境安全構(gòu)成威脅,同時(shí)也對(duì)中下游地區(qū)居民的生活方式、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及特色綠洲農(nóng)業(yè)發(fā)展等產(chǎn)生不利影響。鑒于此,本文基于1991—2017年Landsat遙感影像數(shù)據(jù),通過(guò)分析冰川斑塊面積隨海拔、坡度、坡向的變化以及冰川質(zhì)心遷移狀況來(lái)揭示冰川景觀時(shí)空變化趨勢(shì)；嘗試應(yīng)用能夠高度濃縮景觀空間格局信息的景觀格局指數(shù)并結(jié)合分形維數(shù)來(lái)揭示葉爾羌河流域冰川景觀結(jié)構(gòu)變化特征以及評(píng)估冰川景觀穩(wěn)定性。

1 研究區(qū)概況

葉爾羌河流域位于新疆西南部,塔里木盆地西緣(圖1)。流域范圍介于74°28′—80°55′ E,35°27′—40°42′ N之間,葉爾羌河流域總面積達(dá)9.89×104km2,全長(zhǎng)約為1097 km,多年平均徑流量約為66.3×108m3,主要由冰雪融水和降水補(bǔ)給[24]。大西洋和印度洋暖、濕氣流受南天山、帕米爾高原和喀喇昆侖山的阻擋而無(wú)法入境,致使葉爾羌河流域常年干旱少雨,多年平均降水量?jī)H30—60 mm[25],形成典型干旱大陸性氣候。流域內(nèi)太陽(yáng)輻射豐富,潛在蒸發(fā)量大,多年平均氣溫達(dá)9.38℃,其中多年平均最低氣溫為-3.29—5.89℃,多年平均最高氣溫達(dá)11.03—19.73℃[26]。葉爾羌河流域地形由東北向西南急劇升高,由960—1500 m的平原區(qū)升至極高山區(qū)的6000—8400 m,使西南部高大山區(qū)為冰川積累提供有利條件。

圖1 研究區(qū)域位置Fig.1 The study area

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理

2.1.1數(shù)據(jù)來(lái)源

本文選用了由Landsat系列衛(wèi)星所搭載的TM、ETM+和OLI傳感器獲得的遙感影像數(shù)據(jù),均來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http://www.gscloud.cn/)。為減少云雪對(duì)冰川斑塊提取的影響,1991—2017年所選影像成像時(shí)間為7—9月且云量低于20%,最終選定了1991、1996、2001、2008、2013、2017年6個(gè)時(shí)期的24景影像(表1)。本研究所選取的DEM 數(shù)據(jù)為30 m分辨率的SRTM1數(shù)據(jù)集產(chǎn)品,來(lái)源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http://www.gscloud.cn/)。

2.1.2冰川斑塊提取

本文選取的遙感影像數(shù)據(jù)為L(zhǎng)evel 1T級(jí),不需要進(jìn)行幾何校正。由于研究區(qū)橫跨4景遙感影像,所以在輻射定標(biāo)和大氣校正后需對(duì)4景影像進(jìn)行圖像拼接和裁剪,以便完全覆蓋到研究區(qū)的冰川。與其他地物類(lèi)型相比,冰川在可見(jiàn)光波段反射能力較強(qiáng),在遙感影像上能夠與其他地物形成較為明顯的反差[27]。故目前常用監(jiān)督與非監(jiān)督分類(lèi)法[28]、雪蓋指數(shù)法(NDSI)[29]、比值閾值法[30]、面向?qū)ο蠓诸?lèi)法[31]等對(duì)冰川進(jìn)行解譯。本文借助ENVI 5.3軟件對(duì)TM和ETM+采用6、2、3波段進(jìn)行假彩色合成,OLI采用7、2、3波段進(jìn)行假彩色合成,并選取訓(xùn)練樣本。采用最大似然監(jiān)督分類(lèi)法對(duì)6期遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行冰川斑塊提取,然后對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行目視解譯修改,以提高精度。最后對(duì)分類(lèi)后結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證,6期分類(lèi)結(jié)果精度均大于90%,Kappa系數(shù)均大于0.90,符合分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。

表1 遙感數(shù)據(jù)信息列表

2.2 研究方法

2.2.1景觀格局指數(shù)

景觀格局指數(shù)能夠高度濃縮景觀空間格局信息,反映其結(jié)構(gòu)組成特征[32]。本文根據(jù)景觀格局指數(shù)選取原則,嘗試從景觀水平選擇5個(gè)景觀格局指數(shù)來(lái)分析葉爾羌河流域冰川景觀的變化,包括：斑塊數(shù)(NP)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、平均形狀指數(shù)(SHAPE-MN)、平均周長(zhǎng)面積比(PARA-MN)和分離度指數(shù)(SPLIT)。應(yīng)用于冰川景觀的含義：

①斑塊數(shù)(NP)：研究區(qū)斑塊數(shù)量,無(wú)量綱,值域范圍≥1,斑塊數(shù)量變化既反映研究區(qū)冰川景觀消融狀況,又能揭示冰川景觀破碎度變化趨勢(shì)(NP值越大,表明冰川景觀破碎度越高)。

②最大斑塊指數(shù)(LPI)：反映冰川斑塊中最大斑塊占整個(gè)冰川斑塊的比例,其變化可以表征大面積冰川的變化狀況。表達(dá)式為：

(1)

式中,ai表示第i個(gè)冰川斑塊的面積,A表示冰川斑塊總面積。

③平均形狀指數(shù)(SHAPE-MN)：通過(guò)以正方形的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)照,其值越大,反映出冰川因不斷消融,冰川斑塊形狀越來(lái)越不規(guī)則。表達(dá)式為：

(2)

式中,ai表示第i個(gè)冰川斑塊的面積,pi表示第i個(gè)冰川斑塊的周長(zhǎng),n表示冰川斑塊個(gè)數(shù)。

④平均周長(zhǎng)面積比(PARA-MN)：反映冰川景觀在空間形狀上的凹凸情況或破碎化程度,其值越大,表明冰川景觀破碎化越嚴(yán)重。表達(dá)式為：

(3)

式中,ai表示第i個(gè)冰川斑塊的面積,pi表示第i個(gè)冰川斑塊的周長(zhǎng),n表示冰川斑塊個(gè)數(shù)。

⑤分離度指數(shù)(SPLIT)：數(shù)值的增加,可以反映出冰川斑塊面積的減小和冰川斑塊大小的變薄[33]。表達(dá)式為：

(4)

式中,ai表示第i個(gè)冰川斑塊的面積,A表示冰川斑塊總面積,n表示冰川斑塊個(gè)數(shù)。

2.2.2冰川景觀質(zhì)心遷移

質(zhì)心是描述地理現(xiàn)象空間分布的一個(gè)重要指標(biāo),質(zhì)心可用于對(duì)地理分布變化的跟蹤。冰川景觀質(zhì)心遷移變化能夠很好地從空間上描述冰川景觀的時(shí)空演變特征,通過(guò)了解各研究時(shí)段冰川景觀的質(zhì)心分布,可以發(fā)現(xiàn)冰川景觀空間的變化趨勢(shì),揭示冰川景觀消融或堆積的面積分布。因此,本文將景觀質(zhì)心分析用于冰川景觀的研究,探討冰川景觀格局的演變特征。

(5)

(6)

式中,Xt、Yt分別表示第t時(shí)期冰川景觀分布的質(zhì)心經(jīng)度和緯度坐標(biāo)；Cti表示冰川景觀第t時(shí)期第i斑塊的面積；Xi、Yi分別表示第i個(gè)斑塊的質(zhì)心經(jīng)緯度坐標(biāo)[14]。

2.2.3冰川景觀穩(wěn)定性評(píng)估

分形理論是通過(guò)建立面積-周長(zhǎng)的關(guān)系來(lái)反映地物空間結(jié)構(gòu)的理論[34]。冰川具有復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)特性,僅從單一指數(shù)分析冰川變化具有片面性。因此,本文應(yīng)用分形理論獲取葉爾羌河流域冰川分維系數(shù)來(lái)量化冰川空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及變化趨勢(shì)。表達(dá)式如下：

(7)

式中,A表示某一冰川面積；P表示該冰川的周長(zhǎng)；D表示分維系數(shù)；k表示待定系數(shù)。將式(7)取對(duì)數(shù)得到：

(8)

式中,C為常數(shù)。由式(8)可建立冰川周長(zhǎng)-面積關(guān)系。D值越大,表明冰川空間結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。當(dāng)D值越接近1.50,表明冰川空間結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定。冰川空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指數(shù)SK計(jì)算表達(dá)式為：

SK=|1.5-D|

(9)

式中,SK值越大,表明冰川空間結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定；相反,則越不穩(wěn)定。

3 結(jié)果分析

3.1 葉爾羌河流域冰川景觀時(shí)空變化特征

3.1.1冰川斑塊面積變化

1991—2017年,葉爾羌河流域冰川斑塊面積由6108.62 km2減少到5309.12 km2,共減少799.50 km2(-13.09%)。葉爾羌河流域冰川景觀整體上呈現(xiàn)持續(xù)退縮狀態(tài),在不同時(shí)段冰川斑塊面積消減速率存在差異(圖2)。其中,1996—2001年時(shí)間段冰川斑塊面積消減速率最快,達(dá)0.7%/a；其次依次為1991—1996年、2001—2008年、2013—2017年時(shí)間段,消減速率分別為0.69%/a、0.47%/a、0.45%/a；2008—2013年時(shí)間段冰川斑塊面積消減速率最慢,僅為0.30%/a。上述各時(shí)段冰川斑塊面積消減速率表明葉爾羌河流域冰川景觀萎縮呈現(xiàn)減緩趨勢(shì)。

圖2 1991—2017年葉爾羌河流域冰川斑塊面積變化Fig.2 The area change of glacier patch in the Yarkant River Basin from 1991 to 2017

3.1.2冰川景觀海拔、坡度、坡向變化

海拔作為冰川景觀變化主要地形影響因子之一[35]。由于不同海拔梯度上太陽(yáng)輻射量、溫度、降水等存在一定差異,導(dǎo)致冰川景觀在不同海拔梯度消減率存在差異。本文利用DEM數(shù)據(jù),應(yīng)用ArcGIS軟件提取了葉爾羌河流域冰川景觀分布區(qū)的海拔因子,并以200 m為間距,將冰川景觀分布的海拔梯度范圍劃分為9個(gè)梯度,得到葉爾羌河流域冰川景觀變化的垂直分布特征。葉爾羌河流域冰川景觀分布在海拔4100—5900 m之間,主要集中發(fā)育在海拔5000—5800 m,占總面積的75.44% (圖3)。從海拔梯度變化來(lái)看,所有海拔梯度冰川斑塊面積均減少,且隨著海拔梯度的上升,冰川斑塊面積變化率逐漸減小。其中,海拔為5400—5800 m的海拔高度帶冰川斑塊面積消減最多,為448.52 km2,占該流域冰川景觀總消減面積的56.10%,是最大的冰川景觀消減面積貢獻(xiàn)海拔高度帶；消減率最為劇烈的3個(gè)海拔梯度帶為<4400、4400—4600、4800—5000 m,其消減率分別高達(dá)63.68%、53.88%、53.87%。這也應(yīng)證了海拔越低的地區(qū)溫度越高,冰川景觀退縮率越大,低海拔地區(qū)為冰川景觀主要退縮區(qū)[36]。從時(shí)間上分析,1991—2017年葉爾羌河流域冰川斑塊面積在同一海拔梯度上總體呈現(xiàn)消減趨勢(shì),且在相同時(shí)間間隔變化率呈波動(dòng)減小狀態(tài)(表2)。

圖3 葉爾羌河流域不同海拔高度帶冰川斑塊面積變化Fig.3 Area change of glacier patch with different attitudes in the Yarkant River Basin

表2 葉爾羌河流域不同時(shí)期冰川斑塊面積變化及海拔梯度統(tǒng)計(jì)

根據(jù)坡度分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)[37],將葉爾羌河流域冰川區(qū)坡度劃分為6個(gè)等級(jí)：平坡(<5°)、緩坡(5°—15°)、斜坡(15°—25°)、陡坡(25°—35°)、急陡坡(35°—40°)、急坡(>40°),本研究以這6個(gè)等級(jí)來(lái)分析該流域不同坡度冰川景觀的分布狀況以及變化特征(圖4)。葉爾羌河流域冰川景觀主要集中分布在坡度>35°的地形上,占總面積的95.67%,表明葉爾羌河流域冰川以山地冰川為主。1991—2017年不同坡度區(qū)間的冰川斑塊面積呈現(xiàn)出相似的波動(dòng)減少趨勢(shì)。冰川斑塊面積變化大小按坡度排序?yàn)椋憾钙?緩坡>急坡>斜坡>急陡坡,減少值分別為15.98%、15.60%、14.18%、10.94%和2.87%。隨著坡度的增加,冰川斑塊面積消減率呈現(xiàn)減少的趨勢(shì),表明坡度的大小影響著冰川景觀的消減速度,坡度較為緩和的區(qū)域冰川景觀消減較快。

圖4 葉爾羌河流域不同坡度、坡向冰川斑塊面積變化Fig.4 Glacier patch area change of different slopes and different aspects in the Yarkant River Basin

由于陰陽(yáng)坡向太陽(yáng)輻射度的不同,對(duì)冰川景觀消減速度影響存在差異。因此,本文為探究葉爾羌河流域冰川景觀在不同坡向的變化特征,將冰川分布區(qū)坡向劃分為：陰坡(0°—90°和270°—360°)、陽(yáng)坡(90°—270°) (圖4)。1991—2017年,葉爾羌河流域陽(yáng)坡和陰坡冰川景觀變化特征相似,面積均呈下降趨勢(shì),并存在一定波動(dòng)。在陰坡上,冰川斑塊面積從122.86 km2減少到103.29 km2,減少了19.58 km2(占1991年陰坡冰川景觀的7.79%),冰川景觀消減速率為0.30%/a。同期,在陽(yáng)坡上,冰川斑塊面積從5985.76 km2減少到5205.83 km2,減少了779.93 km2(占1991年陽(yáng)坡冰川景觀面積的13.20%),冰川景觀消減速率為0.51%/a。陽(yáng)坡冰川斑塊面積的消減速率明顯高于陰坡,這與氣候變化和氣象條件有關(guān)。由于氣候變暖,陽(yáng)坡和陰坡的冰川景觀都在消減,但陽(yáng)坡上的光照和太陽(yáng)輻射相對(duì)較強(qiáng),因此陽(yáng)坡冰川景觀的消減速率相對(duì)較高。

3.2 葉爾羌河流域冰川景觀格局動(dòng)態(tài)變化

為探索1991—2017年葉爾羌河流域各時(shí)期冰川景觀空間結(jié)構(gòu)變化特征,本文選擇了能夠高度濃縮景觀空間結(jié)構(gòu)信息的景觀格局指數(shù)(圖5)。其中,1991—2017年葉爾羌河流域冰川斑塊數(shù)量(NP)整體呈現(xiàn)減少趨勢(shì),冰川斑塊減少總數(shù)達(dá)476個(gè)。同時(shí),冰川最大斑塊指數(shù)(LPI)呈下降趨勢(shì),最大斑塊指數(shù)由9.33降至3.81,表明葉爾羌河流域冰川景觀整體呈現(xiàn)消減趨勢(shì),且表現(xiàn)為小面積冰川斑塊融化消失,冰川斑塊數(shù)量減少；大面積冰川斑塊不斷消融,進(jìn)而導(dǎo)致大斑塊冰川的面積占比降低。1991—2017年葉爾羌河流域冰川平均形狀指數(shù)(SHAPE-MN)、平均周長(zhǎng)面積比(PARA-MN)以及分裂指數(shù)(SPLIT)變化趨勢(shì)相同,表現(xiàn)為波動(dòng)上升趨勢(shì)。其中,冰川平均形狀指數(shù)(SHAPE-MN)呈先增后減,再緩慢增加趨勢(shì),表明葉爾羌河流域冰川斑塊因不斷消融,其形狀越來(lái)越不規(guī)則；冰川平均周長(zhǎng)面積比(PARA-MN)呈波動(dòng)上升趨勢(shì),且 2001—2017年間平均周長(zhǎng)面積比(PARA-MN)明顯大于1991—2001年,表明葉爾羌河流域冰川不斷消融,導(dǎo)致冰川斑塊分裂,致使冰川斑塊破碎化程度變大；1991—2017年,冰川景觀分裂指數(shù)(SPLIT)由39.87不斷增加到93.79,表明葉爾羌河流域冰川景觀呈現(xiàn)持續(xù)消減狀態(tài),且冰川厚度變薄,冰儲(chǔ)量在不斷減少。表明26年來(lái),葉爾羌河流域冰川景觀呈現(xiàn)不斷消減狀態(tài),且冰川景觀破碎化程度明顯增加。

圖5 葉爾羌河流域冰川景觀指數(shù)變化Fig.5 Changes of landscape pattern index of glacier in the Yarkant River Basin

3.3 葉爾羌河流域冰川景觀格局質(zhì)心遷移分析

圖6 葉爾羌河流域冰川景觀的質(zhì)心遷移 Fig.6 Centroids shifting of glacier landscape in the Yarkant River Basin

冰川景觀質(zhì)心的變化可以揭示冰川景觀消融或堆積的面積分布。根據(jù)質(zhì)心的算法,計(jì)算出葉爾羌河流域1991、1996、2001、2008、2013以及2017年6個(gè)時(shí)期冰川景觀的質(zhì)心坐標(biāo),結(jié)果如圖6所示。從經(jīng)度方向分析葉爾羌河流域冰川景觀質(zhì)心變化特征得出,冰川景觀的質(zhì)心先快速向東偏移,然后折向西偏移；接著2008—2017年間重復(fù)以上運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。從緯度方向分析葉爾羌河流域冰川景觀質(zhì)心變化特征得出,冰川景觀的質(zhì)心整體上呈現(xiàn)向北偏移的趨勢(shì),這也表明由于北部大量大面積冰川斑塊的存在,而大面積斑塊冰川消融速度小于小面積斑塊冰川,致使冰川景觀的質(zhì)心呈現(xiàn)不斷向北偏移的趨勢(shì)。從整體分析葉爾羌河流域冰川景觀的質(zhì)心變化特征得出,1991—2017年冰川景觀的質(zhì)心遷移的軌跡總體上呈“W”字型,整體呈現(xiàn)東北偏移趨勢(shì),表明該流域冰川在不斷消融,且大面積斑塊冰川主要分布在東北方向。

3.4 葉爾羌河流域冰川景觀穩(wěn)定性分析

通過(guò)分形理論,建立葉爾羌河流域冰川景觀的周長(zhǎng)-面積關(guān)系式,通過(guò)線性回歸分析得到分維數(shù)以及空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指數(shù)(表3)。分析可知,1991—2017年間葉爾羌河流域冰川景觀分維系數(shù)(D)下降率為4.07%,而該時(shí)間段冰川景觀穩(wěn)定性指數(shù)(SK)呈波動(dòng)增加趨勢(shì),冰川景觀穩(wěn)定性增強(qiáng)率為18.52%。葉爾羌河流域冰川景觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的微弱降低,以及冰川景觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的增強(qiáng),表明該流域冰川景觀消減率略微降低,但仍然處于持續(xù)消融狀態(tài)。

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

氣溫是冰川景觀融化的主要影響因素,降水是冰川景觀積累的主要影響因素,二者的結(jié)合,共同決定著冰川景觀的演化趨勢(shì)[38]。研究期間,葉爾羌河流域氣候呈暖濕化趨勢(shì)[39]。氣候變暖,導(dǎo)致該流域冰川斑塊面積、數(shù)量的減少。冰川景觀作為全球生態(tài)系統(tǒng)中特殊而重要的組成部分,一方面對(duì)維持區(qū)域生態(tài)穩(wěn)定和調(diào)節(jié)河流徑流具有重要意義[16]；另一方面,冰川景觀的消融易引發(fā)冰川洪水、冰湖潰決等災(zāi)害,威脅下游地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人民生命財(cái)產(chǎn)安全[40]。然而,葉爾羌河流域的冰川景觀在不斷縮減,所以對(duì)冰川景觀進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù),減緩冰川景觀消融的速度,對(duì)于改善干旱區(qū)綠洲的整體生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

表3 1991—2017年葉爾羌河流域冰川景觀分維數(shù)、空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性指數(shù)變化

在過(guò)去的研究中,多數(shù)學(xué)者主要從冰川面積、長(zhǎng)度、體積等方面來(lái)研究冰川景觀時(shí)空演變,但這不能直接反映斑塊內(nèi)部及不同斑塊之間冰川覆被分布的復(fù)雜程度。本文從景觀生態(tài)學(xué)的角度出發(fā),借助景觀格局指數(shù)來(lái)分析了冰川景觀結(jié)構(gòu)的演變特征。研究結(jié)果較好的反映了研究區(qū)冰川景觀結(jié)構(gòu)的變化趨勢(shì),這可提高對(duì)冰川景觀結(jié)構(gòu)變化的認(rèn)識(shí)與理解,為應(yīng)對(duì)冰川景觀變化及其影響提供參考依據(jù)。冰川景觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣,形態(tài)各異,本文僅從冰川單一結(jié)構(gòu)出發(fā),探究了其演變特征。在今后的研究中還需要根據(jù)冰川斑塊的大小進(jìn)行細(xì)化,分類(lèi)分等級(jí)討論不同冰川斑塊的結(jié)構(gòu)變化,以便更清晰的認(rèn)識(shí)冰川景觀結(jié)構(gòu)的演變過(guò)程。

4.2 結(jié)論

在RS和GIS技術(shù)支持下,以葉爾羌河流域?yàn)檠芯繀^(qū),運(yùn)用遙感影像對(duì)葉爾羌河流域26年來(lái)冰川景觀時(shí)空變化特征進(jìn)行了提取與分析,主要得到以下結(jié)論：

(1) 1991—2017年,葉爾羌河流域冰川斑塊面積共減少799.50 km2(-13.09%)；冰川斑塊面積消減主要集中在海拔5400—5800 m之間,相較之下,海拔4400 m以下的區(qū)域冰川斑塊面積消減率最高,達(dá)63.68%；該流域冰川景觀主要集中分布在坡度>35°的地形上,陡坡冰川斑塊面積消減率最高(15.98%),急陡坡消減率最低(2.87%)；陰陽(yáng)兩坡冰川景觀均呈退縮趨勢(shì),陽(yáng)坡冰川斑塊面積的消減速率明顯高于陰坡,分別為0.51%/a和0.30%/a。

(2) 從景觀水平對(duì)研究區(qū)冰川景觀格局變化進(jìn)行了分析,利用不同指數(shù)從不同角度描述了冰川斑塊的變化特征。結(jié)果表明：1991—2017年葉爾羌河流域冰川斑塊減少總數(shù)達(dá)476個(gè)；冰川景觀最大斑塊指數(shù)由1991年的9.33降低至2017年的3.81；冰川景觀平均形狀指數(shù)、平均周長(zhǎng)面積比、分裂指數(shù)總體均呈現(xiàn)上升趨勢(shì),冰川景觀因消融形狀越發(fā)不規(guī)則、破碎度增加、厚度變薄。表明26年來(lái),葉爾羌河流域冰川景觀呈現(xiàn)不斷消減狀態(tài),且冰川景觀破碎程度顯著增加。

(3) 通過(guò)質(zhì)心遷移模型分析了研究區(qū)冰川景觀的空間遷移變化特征。結(jié)果表明：1991—2017年間葉爾羌河流域冰川景觀無(wú)論在經(jīng)度還是緯度均發(fā)生了遷移,變化軌跡呈“W”字型,整體呈現(xiàn)東北偏移趨勢(shì),表明該流域大面積斑塊冰川主要分布在東北方向,且冰川景觀在不斷消減。

(4) 1991—2017年間,冰川景觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜度的微弱降低,冰川結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的增強(qiáng),表明該流域冰川景觀消減率略微降低,但仍然處于持續(xù)消融狀態(tài)。