自然与人文因素驱动下的黄河源高寒湿地演化动态模拟

本选题立足于黄河源区高寒湿地退化的现实问题，从人与自然耦合系统观点出发，应用地理信息科学、水文学、生态学等多学科理论与方法，对黄河源区高寒湿地演化机理和规律进行探索研究。通过对多尺度湿地水文生态过程的模拟，探究全球气候变化条件下高寒湿地演化的水文生态机制；通过构建空间可移动的多主体模型研究人类放牧行为对高寒湿地退化的影响；通过构建基于模糊逻辑的高寒湿地景观-环境推理模型，在统一的框架下对驱动湿地演化的各种自然及人文因素进行有效地集成，模拟高寒湿地景观格局动态。本研究通过对气候变化和人类活动耦合驱动下的黄河源高寒湿地演化过程动态模拟和情景预测，不仅可以为高寒湿地良性水文生态维持、退化湿地生态恢复以及源区可持续发展提供科学决策依据，同时，也为深入研究全球变化条件下高寒生态脆弱区人与自然复杂相互作用与反馈提供一种新的思路。

本课题立足于黄河源区高寒湿地退化的现实问题，从人与自然耦合系统观点出发，应用地理信息科学、水文学、生态学等多学科理论与方法，对黄河源区高寒湿地演化机理和规律进行探索研究。（1）对研究区高寒湿地景观格局演化特征研究表明，近20年来研究区湿地总面积减少达2812.93 km2，湿地率由24.97%降至14.35%。湿地大幅退化、面积萎缩是该区景观主要变化趋势，同时，湿地结构趋于单一化，破碎化进程逐渐加剧。湖泊→高寒沼泽化草甸→草甸→裸岩裸地是研究区景观演替的主要方向。提出了一个改进的参数模型，利用MODIS数据对源区复杂地表条件下全天候的太阳辐射进行了模拟。研究表明，源区多云气候条件是引起地表太阳辐射减少的主要因素，而在晴空条件下，复杂地表的崎岖地形则占主要地位。地表辐射多年的变化是引起源区湿地退化的重要因素之一。利用主成分分析法对湿地退化的主要气候驱动因素进行了定量识别，表明年降水的贡献率>年平均相对湿度的贡献率>年平均气温的贡献率。（2）针对黄河源区湿地水文、河川径流与高寒环境的特点，构建了针对高寒湿地区水文过程模拟的SWAT模型，对研究区径流变化及湿地响应进行了分析。结果表明，随着湿地面积萎缩，高寒草甸和林地面积的增加，地表的滞留系数增大，降雨转化为径流的比例缩小，流量减少，反过来进一步加剧了湿地的退化。（3）将主体模型引入人类放牧活动的模拟中，利用空间明晰的移动主体来模拟放牧过程引起的湿地草场放牧压力的时空变化。研究表明，放牧压力最大的区位主要集中在草场质量较好、地势平坦的沼泽湿地区。草场载畜量增加后，放牧空间压力变化表现为非线性。对于宜牧草场资源有限的地区，牧群放牧活动变得更加分散；而对于宜牧空间较大的区域，湿地放牧空间压力则更为聚集。（4）将生态位的概念引申到景观尺度，基于生境适宜度与模糊推理建立了黄河源高寒湿地景观动态模型，并对研究区湿地景观动态进行了模拟。基于模型完备形态，对研究区湿地景观未来变化进行了情景预测。结果显示，研究区湿地对外部条件变化的响应显著且迅速，气温与降水量的变化是高寒湿地景观动态最主要的驱动因子，而人为活动也是促使区域湿地景观变化的重要因素。