藏北高原地区土壤水分与土壤温度时空变化模拟分析

土壤水是大气水－地表水－土壤水－地下水水文循环系统中各组成部分之间相互转化的核心环节。它在土壤－植物－大气系统中发挥了水量和水势贮存及转运站的作用，制约着地表的能量分配和生态系统功能演化，其时空变化对区域水文、水土保持、生态与环境、全球气候都有着很大的影响。土壤温度和湿度是影响土壤呼吸的两个重要因素，解释了土壤呼吸速率变异的60%~80%。由于气温升高及冻土热力敏感性大，藏北高原具有很大的碳排放潜力。藏北高原约占西藏面积的一半，是西藏最大的牧区。土壤水分是藏北草地生长的决定因子之一。藏北高寒草甸草地在涵养水源、保持水土方面发挥着重要的生态作用。正是由于特殊的地理和生态单元及其对全球变化的重要作用，研究1980-2005年间该地区土壤水分与土壤热量(温度)的时空变化，对研究和解释藏北高寒地区草地生态系统演化、气候变化影响及地表覆被变化都有积极意义；同时也将为土壤呼吸及碳排放研究提供基础参数。

利用Terra与Aqua两颗卫星的MODIS地表温度和植被指数数据，分别构建LST-NDVI与LST-EVI共四种不同组合的Ts-VI特征空间，并依据该特征空间提取温度植被干旱指数（TVDI）作为反映土壤干湿状况的指标。对比分析表明，四种数据组合方案提取的TVDI分布图均能较好反映藏北土壤湿度，且Terra MODIS LST-EVI构建的特征空间提取TVDI指标效果最佳。在此基础上获得的藏北高原地区不同年份土壤湿度分级图表明，（1）从东南到西北土壤湿度逐渐降低，即东部地区偏湿，中部地区多数为正常湿度，而西部偏旱；（2）不同气候区内土壤湿度分异较大，那曲高山谷地亚寒带半湿润区土壤湿度最高，其空间变异也最强烈，青南高原亚寒带半干旱区土壤干旱最严重；（3）在海拔4500m以下的地区土壤湿度随海拔升高而降低，此后，土壤湿度随着海拔升高而升高。在时间尺度上，对藏北高原2009年植被生长季内土壤湿度的季节性变化及2001～2010年夏季土壤湿度的年际变化特征进行分析结论表明：藏北高原土壤湿度的季节性变化明显，主要受温度、降水、植被覆盖和冻土过程等季节性变化的影响，随着植被盖度的增大，植被对环境温度的变化具有缓冲效应；近10年研究区内土壤湿度有轻微的旱化趋势，但不同气候区内的年际变化表现不一致;..温度是环境变化的重要指标之一，基于典型站点的气象数据分析表明，在2001-2010年的10年间，藏北地区的气温呈现稳定的增长趋势，部分站点的降水有不显著减少趋势。..温度与湿度的变化趋势在不同的时间段内不同步，不同的变化组合也导致了不同的景观变化。综合利用逐年的MODIS地表覆盖类型产品得到每年地表覆盖类型图，并运用分类统计、动态转移矩阵、景观格局指数方法分析藏北高原地表覆盖类型的变化，结合研究区内气象台站观测数据。结果表明：研究期间，由于气候变暖速率的加快，研究区冰川雪被消融加速，冰川面积迅速萎缩，融化的雪水汇集到高原湖盆，使湖面水位上升，湖泊面积增加，部分被淹没的草地形成湿地;植被覆盖状况没有表现出明显的变好或退化趋势，2001-2004年为气候暖湿化阶段，荒漠裸地减少、稀疏草地和草地覆盖面积增加，2006-2007年为气候暖干化阶段，荒漠面积增加、稀疏草地面积减小;2001-2008年，藏北高原景观破碎度减小，地表覆盖异质性降低，且各类型所占比例的差异有所加大。