中高纬度湿地大约占全球天然湿地总面积的64%左右,兼有水源涵养、气候调节以及生物多样性维持等重要生态功能,在维系区域生态安全和生态环境平衡中发挥着重要作用。中高纬度湿地是对于气候变化较敏感且较脆弱的生态系统,气候变化和人类活动的双重干扰导致中高纬度湿地,尤其是高纬度大兴安岭地区湿地的退化远超过其他类型的生态系统。大兴安岭地区湿地具有高纬度寒温带山地林区湿地的典型特征,本研究以该湿地为研究对象,(1)探究了近50-60年来该地区的气候变化特征,(2)分析了湿地景观的动态变化,(3)构建了湿地景观分布模型,并量化了影响不同类型湿地分布的环境因子的相对重要性,(4)模拟了不同气候情景下,不同湿地类型、面积、分布以及空间格局对气候变化的响应。本研究为大兴安岭地区的湿地保护以及气候变化背景下的湿地适应性管理提供理论依据,得到的主要结果如下:(1)大兴安岭地区气候变化近56年(1961-2016年)大兴安岭地区的年平均温度呈现明显的增加趋势,气温倾向率为0.4℃/10a,达到了0.01的显著性水平;同时具有3-5年和15-18年尺度的震荡周期;此外,多年平均温度的突变年份为1984年,且该突变点在代表0.05显著性水平的±1.96之间。同期,年降水量整体呈现一定的增加趋势,降水倾向率为11.92mm/10a,达到了0.01的显著性水平;年降水量存在3-5年、8-11年和28年尺度左右的震荡周期;突变年份分别为1978年和2005-2007年,且突变点在0.05显著性水平的±1.96之间。不同气候情景下,大兴安岭地区年平均温度在2050年和2070年的RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5气候情景相对于基准气候情景增加了1.27-4.2℃,其中2070年比2050年的RCPs气候情景增温更加显著,年平均温度在空间上从东南到西北逐渐降低;年降水量在2050年和2070年的RCPs气候情景下相比于基准气候情景均有所增加,增加了18-65mm,年降水量总体呈现中西部较高、北部较低的空间格局。(2)大兴安岭地区湿地景观动态变化近77年(1940-2016年)大兴安岭地区湿地总面积呈现不断减少的趋势,共减少了4541km~2;湿地的空间分布由该地区中部密集转向西北和东南部较密集。近27年(1990-2016年)就不同类型湿地而言,乔木湿地和水体面积变化相对较小,而灌木湿地共增加了136km~2,草本湿地共减少了450km~2;空间上,乔木湿地大部分位于该地区北部,灌木湿地主要分布在中部以及北部,草本湿地则主要分布在中部以及南部,水体分散于整个研究区。大兴安岭地区湿地的空间格局在1990-2016年变化相对较小,但不同类型湿地景观的空间分异显著。乔木湿地斑块所占景观面积比(Percent of landscape,PLAND)在北部边缘较高,灌木湿地PLAND中间高于四周,草本湿地PLAND在中南部较高,水体PLAND的高值区集中在东北部。乔木湿地斑块密度(Patch density,PD)在北部和东部相对较高,灌木湿地PD在东部存在高值区,草本湿地PD在东北部高于其他区域,水体斑块PD整体上北部高于南部。乔木湿地在北部形状(Perimeter Area Ratio_Mean,PARA_MN)较复杂,灌木湿地在中部以及西北部斑块形状较复杂,草本湿地在中西部以及东南部斑块形状较复杂,水体在西北部以及东部边缘形状较复杂。乔木湿地在东北部聚合度(Aggregation Index,AI)较高,灌木湿地在中部偏北地区AI较高,草本湿地在南部聚合度较高,水体在北部斑块聚合度较高。(3)构建湿地景观分布模型并量化影响湿地分布的环境因子的重要性基于大兴安岭地区湿地分布和环境因子数据,湿地主要包括4种类型,即乔木湿地、灌木湿地、草本湿地和水体,环境因子包括10个气候变量和10个地理景观变量,利用随机森林建立湿地景观分布模型,对模型进行验证和精度评价,其AUC值为0.8874,表明模型具有较好的模拟湿地分布的能力。同时得出影响该地区不同类型湿地分布的环境因子相对重要性,其中对乔木湿地分布影响相对较大的环境因子:人类干扰度(HII)到河流距离(RIV)地形起伏度(RA)温度季节性(TS)坡度指数(SL)等温性(ISO)到道路距离(ROA)土壤类型(SOI)年平均温度(MAT)转换坡向(ASP);对灌木湿地分布影响相对较大的环境因子:坡度指数(SL)转换坡向(ASP)人类干扰度(HII)到河流距离(RIV)等温性(ISO)到道路距离(ROA)地表粗糙度(SR)地形起伏度(RA)土壤类型(SOI)年平均温度(MAT);对草本湿地分布影响相对较大的环境因子:坡度指数(SL)转换坡向(ASP)人类干扰度(HII)地形起伏度(RA)地表粗糙度(SR)到河流距离(RIV)到道路距离(ROA)土壤类型(SOI)等温性(ISO)海拔高度(AI);对水体分布影响相对较大的环境因子包括:地貌类型(GEO)土壤类型(SOI)人类干扰度(HII)等温性(ISO)温度季节性(TS)年平均温度(MAT)到河流距离(RIV)年降水量(AP)地形起伏度(RA)最湿季节降水量(PWQ)。(4)大兴安岭地区湿地分布对气候变化响应的模拟研究整体来看,气候变化使大兴安岭地区北部的乔木湿地和灌木湿地大量丧失退化,同时使南部草本湿地出现退化并向北部转移,水体在整个研究区均有所减少,退化至东部边缘。具体而言,乔木湿地和灌木湿地受气候变化影响主要在RCP2.6气候情景下在北部剩少量零星分布。草本湿地在2050年从RCP2.6至RCP8.5气候情景,增加的区域有所减少,但减少的区域有所增加,主要表现为南部大量减少,西北部大量增加,中间分布着一些未发生变化的区域;草本湿地在2070年随着气候情景的增强,南部以及中部减少的湿地面积逐渐增多,西北部增加的湿地面积逐渐减少;整个研究区的水体在三种气候情景下均大幅度减少,2050年的丧失程度平均高于2070年,增加的区域主要分布在东部边缘。不同类型湿地的景观格局对气候变化的响应不同,乔木湿地和灌木湿地的PLAND受气候变化影响明显减小;草本湿地PLAND增加值随着气候情景的增强在2050年逐渐减小,但在2070年则先减小后增加;水体PLAND值从RCP2.6至RCP8.5气候情景在2050年不断增加,但在2070年先增加后减小。气候变化使乔木湿地和灌木湿地PD均明显减小;草本湿地PD在2050年均减小,但在2070年均有所增加,且两个时期的PD均呈现随着气候情景的增强而增加;水体PD在2050年大幅度减小,在2070年随气候情景的增强而增加。气候变化对不同类型湿地斑块形状PARA_MN的影响相对较小。乔木湿地AI在RCP2.6气候情景下表现为2050年略有升高,2070年有所降低;灌木湿地聚合度AI在RCP2.6气候情景下大幅度降低;草本湿地AI受气候变化影响平均有所升高,在2050年和2070年均随着气候情景的增强而降低;水体AI随着气候情景的增强在2050年逐渐升高,但在2070年逐渐降低。(5)气候变化背景下的湿地适应性管理根据大兴安岭地区湿地分布对气候变化的响应,制定该地区基于气候变化背景下的湿地适应性对策,一方面加强湿地生境保护,另一方面,需要对退化湿地进行恢复,优先适应气候变化。并不断完善基于气候变化的适应性湿地政策制度、湿地自然保护区制度和湿地保护监测制度,进而保护该地区湿地,使其不断提高适应气候变化的能力。
【学位单位】：东北师范大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X171.1;P467
【部分图文】：
通过建立的湿地景观分布模型，利用不同的气候情景对大区湿地进行模拟研究，揭示气候变化对大兴安岭地区湿地面积、分布以局的影响，为制定未来气候变化背景下的湿地适应性策略提供理论和数同时丰富了我国高纬度寒温带湿地的相关研究。1.1.3 总体思路根据上述的研究背景以及研究意义，本文的总体思路，如图 1-1 所示。站以及气候情景数据对大兴安岭地区的气候变化特征进行分析，包括气候变化特征以及不同气候情景下气候特征；根据湿地解译数据0-2016 年大兴安岭地区整体湿地变化以及 1990-2016 年不同类型湿地景化；以湿地分布以及环境因子数据为基础，利用随机森林建立湿地景观，并对影响不同类型湿地的环境因子相对重要性进行量化，然后利用建对气候变化背景下湿地分布进行情景模拟，将 2050 年和 2070 年 RCPs与基准气候情景做对比，以揭示气候变化对不同类型湿地面积、分布以局的影响，并提出基于气候变化背景下的大兴安岭地区湿地适应性管理
第二章 研究区概况和湿地数据获取与处理2.1 大兴安岭地区概况2.1.1 地理位置本文的研究区位于中国东北边陲的大兴安岭地区，是我国最北端的地级行政区，东部毗邻小兴安岭，西部接壤呼伦贝尔大草原，南部与肥沃的松嫩平原濒临，北部与俄罗斯相邻。研究区南北方向纵越共3个纬度，且纬度在50°10′N - 53°33′N之间，在东西上横跨共有六个经度，且经度在 121°12′E - 127°00′E 之间，东西跨度约为 410km，南边跨度约为 386km，研究区的总面积约 8.46×104km2，如图 2-1所示。大兴安岭地区在行政区划上公署 3 个县四个区，主要包括加格达奇区、松岭区、新林区、呼中区、呼玛县、塔河县和漠河市。大兴安岭山脊呈东北-西南走向，致使研究区的地形地貌、气候状况、水文、土壤以及森林植被等自然地理条件较复杂。
研究区内的主要河流包括额木尔河、盘古河、大西尔根气河、呼玛河、宽河、多布库里河和南翁河等，如图2-2 所示，数据来源于中国科学院东北地理与农业生态研究所地理景观遥感学科组。
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本文编号：
2812465
