巴丹吉林沙漠暖岛效应时空变化及其影响因素分析

发布时间：2020-05-16 10:17

【摘要】：巴丹吉林沙漠内部高大沙山与湖泊相间分布,存在特殊的暖岛效应,对腹地湖泊群的形成演化和循环机制研究十分重要,受到国内外学者的广泛关注。鉴于观测数据空间分布的有限性和对人力物力的高消耗性,遥感数据能在一定的时空尺度上分析沙漠地表热场的演化过程。本研究利用Landsat卫星遥感数据反演沙漠地表温度,对地面热场和冷暖岛的时空变化特征进行对比分析,定量探索高程、坡度、植被覆盖、湖泊分布等因素对地温变化的影响,这对沙漠腹地湖泊群的循环机制和补给来源,以及未来地温变化预测具有重要意义。主要研究结论如下:巴丹吉林沙漠腹地东南部湖泊区的整体地表温度要高于腹地北部非湖泊区,称之为暖岛效应‖。沙漠边缘多为弱冷岛和较冷岛分布,沙漠腹地尤其是腹地东南部湖泊区的高大沙山顶部则为强暖岛和较暖岛分布,沙山底部则为较冷岛和强冷岛分布,沙漠腹地和边缘之间的过渡区多为常温区分布。2016年不同季节间冷暖岛分布各异,其中春季和夏季的分布相对一致,秋季和冬季的分布更为相似。7种冷暖岛类型中,常温区、弱冷岛和弱暖岛面积占绝对优势。夏季的常温区和弱冷岛面积在夏季最小,弱暖岛在夏季面积最大,夏季整体偏暖,而冬季偏冷。秋季和冬季在沙漠腹地,尤其是南部湖泊区的高大沙山顶部,强暖岛分布范围更大。2000-2016年地表温度整体变化不大,年均地温的冷暖岛分布格局也基本一致,沙漠腹地地温高于沙漠边缘,腹地南部湖泊区的暖岛范围大于腹地北部非湖泊区,高大沙山顶部的暖岛分布与沙山底部的冷岛分布之间的差异明显,且沙漠腹地南部湖泊区和腹地北部非湖泊区的暖岛分布范围之间的差异在逐渐减小。2000-2016年间春季研究区的冷岛中心由沙漠边缘北部向南部迁移,暖岛中心从沙漠腹地南部湖泊区逐渐向北迁移,南部暖岛范围逐渐收缩,而北部暖岛范围逐渐扩展。夏季冷暖岛从西到东呈现暖岛-常温-冷岛的分布格局,腹地南部湖泊区的暖岛分布范围逐渐变小,从南部湖泊区的暖岛范围远大于北部非湖泊区逐渐变为南北部暖岛范围基本相当,腹地南部湖泊区的强暖岛和较暖岛面积整体减小,而中部地区的弱暖岛则逐渐增加,另一方面沙漠边缘的弱冷岛面积逐渐减少,而最边缘地区的较冷岛和强冷岛面积则趋于增加。秋季冷暖岛分布变化不大,与春季基本一致。冬季强暖岛基本分布在沙漠腹地高大沙山的顶部,尤其是腹地南部湖泊区,分布范围较大,而在2000-2016年间腹地北部非湖泊区内暖岛分布有所增加,腹地南北部的暖岛分布范围逐渐减少。关于沙漠地表热场和湖泊暖岛效应的影响因素,高程和坡度对地表温度的影响较小,沙丘地形对暖岛效应的形成的贡献较小,并非形成巴丹吉林沙漠特殊的暖岛分布的主因。植被覆盖(NDVI)对地表温度影响较大,NDVI以沙漠腹地北部为中心沿东南方向逐渐增加,以沙漠东南部地区的植被覆盖度最高。总体来说夏季植被覆盖最为茂盛,东南部和西北部的NDVI差值最大,植被生长越茂盛,地表温度倾向于越低,而冬季NDVI的差异最小,与地表温度的相关性最高,植被生长越茂盛,地表温度趋向于越高。因此,植被覆盖在夏天有降温效应,而在冬季有增温效应。湖泊的分布面积有限,且集中分布于沙漠腹地东南部,无法对大范围内的地表热场形成造成影响。通过对不同大小的湖泊地温进行统计发现,湖泊大小与其地表温度存在显著负相关关系,按照春夏秋冬的顺序湖泊大小对地表温度的影响逐渐降低。
【图文】：

示意图,影像,湖泊,位置图

2.1 研究区巴丹吉林沙漠（Badain Jaran Desert）位于我国内蒙古自治区西部阿拉善盟阿拉善右旗北部，处于三面环山的银额盆地底部，北侧为风蚀地、碎石平地、砾石等组成的阿拉善中部戈壁区和古居延泽，南侧以合黎山—北大山—黑山头为界，西侧以黑河正义峡出山口—弱水东岸—古日乃湖为界，东侧以阿尔腾山—宗乃山—雅布赖山，以及植被覆盖度高、固定沙丘和灌丛分布的拐子湖为界。行政区域上跨越两省，是我国第二大沙漠[88]，面积约为 5.2 万平方公里。巴丹吉林沙漠整体涉及 Landsat 卫星不同行不同列的多景影像，而不同列影像存在时间差异，无法获取巴丹吉林沙漠整体范围内同一时刻的地表温度数据。鉴于研究的主要目的在于巴丹吉林沙漠腹地南部湖泊区的暖岛效应，因此覆盖沙漠腹地东南部湖泊区、腹地东北部非湖泊区和沙漠边缘的行列号为132/032的这景遥感影像涉及的范围为研究区。

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2.4.2 温度反演数据精度处理基于 Landsat 温度反演算法的原理，大气对地表温度反演计算的结果影响较大。研究表明，复杂的地形分布、大气对地表辐射的噪声影响等因素共同影响地表温度的反演精度，因此需要对地表温度反演数据进行精度检测和校正。根据地面气象观测站的地理位置（经纬度），利用 ENVI 5.3 软件查询相应位置地面温度反演数据。首先，根据所有气象观测站的地理坐标输入 Excel 中，每个站的坐标占用一行，每行两个数据，为气象观测站的经度和纬度；然后将气象观测站坐标文件导入 ArcGIS 10.3 中，生成相应的 shapefile 点文件，坐标系统定义为 GCS_WGS_1984，再将其坐标系统转换为 WGS_1984_UTM_zone_48N；然后，在 ENVI 中打开地温反演数据和气象观测站点文件，，利用 Cursor Value 获取不同气象观测站在不同时期的地温数据，将其用 Excel 保存。研究区有三个可获取数据的气象观测站，其观测数据是整点和半点的数据，每天都有 48 个数据。遥感卫星的过境时间为 11:45 左右，因此对应的实测数据选择 11:30 和 12:00 的地温平均值。将地面观测站的实测地温与相应时期的反演地温一一对应，分期遥感反演地温与实测地温之间的关系。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X171;X16

【参考文献】