黄河源区多年冻土的时空变化特征及其生态环境效应

近几十年来，尤其是上世纪八十年代以来，黄河源区出现了湖泊萎缩、断流、湿地减少、荒漠化、沙化、黑土滩等水文与生态环境退化等现象。大量的现象与初步研究表明，作为特殊类型的隔水层——多年冻土，在黄河源区水文循环与生态环境的变化中具有重要的作用。因此，开展全球气候变化条件下多年冻土变化的研究，对于揭示区域水文循环的变化和生态环境的变化具有重要的科学意义。 本文综合运用生态水文学等基本理论、模拟计算和地理信息系统软件，利用黄河源区气象数据、植被遥感数据来分析源区气候变化特征，植被指数变化特征，季节活动层温度场和水分场的年内变化特征及未来情景下的变化趋势，并据此来分析活动层厚度的时空变化。在以上研究的基础上，分别从时间与空间尺度上分析NDVI与活动层厚度、气温和降雨量的相关性及敏感性，分析了各影响因素的显著性水平。为此，本文着重开展了以下研究工作： （1）调查了黄河源区多年冻土的变化。分析了源区气象站50多年长时间的气温、降雨和蒸发的多年变化特征，将气温划分成3个变化阶段，进一步证明了源区气候正在持续变暖，判定了区域的干湿状况。 （2）利用玛多气象站的气象数据，运用数值模拟方法分析了2000年和2011年冻土活动层温度场和水分场的年内变化；同时将模拟的活动层厚度与地质雷达探测结果做了对比；在此基础上，在假定一定的年升温率条件下，模拟了源区未来20年的活动层厚度变化趋势。 （3）在获取的源区近12年植被指数遥感数据（MODIS-NDVI）的基础上利用GIS技术和相关方法分析了区内植被的时空变化规律。按植被变好，稳定和退化对植被的演化趋势进行了区域划分，分析了每种演化趋势植被的分布特点并统计了各自的分布面积。 （4）利用数值分析软件MATLAB，从时间尺度研究了源区2000-2011年NDVI与活动层厚度、气温和降雨的量化关系及敏感性，进而判定了影响植被生长的因素的显著性大小；同时，还从空间尺度上研究了植被变化影响因素的显著性。 （5）以地表温度积温比作为多年冻土和季节冻土的划分指标，运用地理信息系统软件，模拟了多年冻土、季节冻土和过渡型冻土分布地区与分布面积。在此基础上，在假定一定的年升温率条件下，模拟了源区20年后冻土的变化趋势。