基于GIS的若尔盖冻融侵蚀强度评价

摘 要：本研究基于RS和GIS技术，利用遥感影像数据和气象数据等资料，以年平均气温、年降水量、坡度、坡向和植被覆盖度五个评价因素来研究若尔盖地区的冻融侵蚀状况。在GIS技术支持下借助层次分析法和分级权重法等一系列过程完成了冻融侵蚀的研究。结果：获得若尔盖县冻融侵蚀强度分级评价图，掌握若尔盖冻融侵蚀强度的时空变化规律。该研究成果对若尔盖水土保持规划和生态环境建设提供了科学的决策依据。

关键词：冻融侵蚀；分级权重评价模型；RS和GIS；层次分析法；若尔盖

引言

冻融侵蚀是高寒地区由于温度变化，导致土体或岩石中的水分发生相变，体积发生变化，以及由于土壤或岩石不同矿物的差异胀缩，造成土体或岩石的机械破坏并在重力等作用下被搬运、迁移、堆积的整个过程。由于自然环境多样，所面临的生态问题复杂，对冻融地区的草原生态环境冻融侵蚀强度进行分析并制定可靠的保护措施是当务之急。我国的冻融侵蚀主要发生在高海拔的青藏高原地区，其遭受了大范围的冻融侵蚀。若尔盖地区位于我国青藏高原东部，横断山区高山峡谷向高原过渡地带，该地区正在发生着冻融侵蚀，环境脆弱。基于上述背景，本研究选取若尔盖为研究实例区，集成GIS与RS技术，构建若尔盖冻融侵蚀强度评价模型，对若尔盖冻融侵蚀强度进行综合评价分析，揭示了若尔盖冻融侵蚀强度的分布状况，对于制定若尔盖草原地区防治和保护措施具有重要意义。

1 研究区概况

若尔盖县地处青藏高原东北边缘，地理坐标范围为102°08′E-103°39′E、32°56′N-34°19′N。由于该地区草量充足，适合食草类动物如牛羊等生存，畜牧业成为主要产业。当地的生态环境对经济发展和人民的生活水平具有重要作用。高海拔导致该地区气温低，再加上该地区是重要的水源区，地形起伏大使得冻融侵蚀不断加大，同时长期的草地过度放牧，使得原本就脆弱的环境遭受到严重破坏。因此选择该区作为研究实例区对开展典型冻融侵蚀强度综合评估具有代表性和示范性。

2 冻融侵蚀区范围界定

本研究对若尔盖冻融侵蚀研究是在前人研究理论的基础上，依照张建国等人的界定冻融区界限的方法为基础，认为冻土区的下界范围相比于冰缘区的下界范围高出200米，而把冰原区下界范围作为冻融侵蚀区的下界范围，取年均温-2.5℃作为冻土区的下界范围，根据若尔盖地区及周围气象站点近40年年平均气温（T）、纬度（Y）、经度（X）及海拔（H）数据进行多元线性回归分析，进而推出若尔盖冻融侵蚀区下界海拔的计算公式（通过P=0.05的显著性检验）：

此时再利用若尔盖的土地利用数据去掉冰川和沙漠的分布，最后得出若尔盖地区的冻融侵蚀范围。

3 侵蚀强度评价

3.1 侵蚀指标体系构建

冻融侵蚀是一个复杂的过程，其影响因子很多。在已有研究基础上，本研究遵循代表性、整体性、科学性和可操作性的原则，并综合考虑若尔盖地区生态环境存在的各种实际问题，选取年平均气温、年降水量、坡度、坡向和植被覆盖度五个影响因素研究。

（1）气温年较差

青藏高原及其周围山区的气温与低温呈现出密切的相关性，因此本研究利用研究区站点气温数据的变化模拟土壤温度的变化。本研究利用若尔盖及其周围的气象站点近40年的气象观测数据对研究区域的气温年较差（T）与经度（X）、纬度（Y）及海拔（H）进行多元线性回归分析，得出的气温年较差的回归方程（通过P=0.05的显著性检验）为：

基于ArcGIS平台，利用该线性回归方程模拟研究区气温年较差。

（2）坡度与坡向

随着坡度变大，使得冻融侵蚀运输转移的物质变多，移动的距离也越远，侵蚀程度越剧烈。坡向由于阳坡太阳辐射相对阴坡较大，故土温昼夜温差大，侵蚀强度相对剧烈。

（3）植被覆盖度

植被覆盖度的大小对冻融侵蚀的影响主要表现在植被可以固定土壤，防止土壤流失。同时，植被还可以降低土壤因外界环境变化而引起的温度差异。

（4）年降水量

降水是土壤中水分的主要来源。在外界环境变化时，冻融侵蚀区土壤中水分含量的多少会引起体积的变化，从而造成土壤结构不稳定，加重冻融侵蚀的发生。

3.2 评价指标分级赋值标准及权重计算

本文中以气温年较差、坡度、坡向、植被覆盖度、年降水量5个影响因子作为若尔盖冻融侵蚀强度评价指标，研究区域不同位置的冻融影响因子的分布情况不同，在此基础上确立各评价因子的分级赋值标准，然后运用AHP（层次分析法）计算出各影响因子的权重。

3.3 冻融侵蚀强度评价方法

对冻融侵蚀强度的评价就是将多项强度评价指标进行综合，使之成为单一的强度指数。本研究采取分级赋权重的方法计算冻融侵蚀强度指数，其计算式为

式中：S为冻融侵蚀强度指数；Wi为第i个评价因子的权重；Ii为第i个评价因子的等级赋值；n为评价因子总数。借助ArcGIS将强度指数重分类，按自然间隔方法进行分级，冻融侵蚀强度划分为5个等级：极强烈侵蚀、强烈侵蚀、中度侵蚀、轻度侵蚀和微度侵蚀。

4 结果与分析

（1）若尔盖地区冻融侵蚀区分布面积较小，若尔盖南部和东北部地区由于海拔相对较高、气温年较差较大、坡度高等因素冻融侵蚀严重；南部地区虽然气温年较差较低，但由于其海拔高、植被覆盖度较小、坡向大等因素的影响也使得冻融侵蚀严重。

（2）若尔盖冻融侵蚀强度以中轻度为主，中轻度侵蚀主要分布在若尔盖中南部地区。而在若尔盖的东北部地区主要发生的是强烈和极强烈侵蚀；呈现出自西向东轻中度向强烈、极强度侵蚀过度的带状分布特征。此外，由于地形起伏因素的影响，坡度低的区域冻融侵蚀较弱，而像山地这种坡度大的地区则发生的冻融侵蚀程度大。

（3）本文基于RS和GIS技术，运用层次分析法、分级权重法构建若尔盖冻融侵蚀强度评价模型，及其变化趋势。本研究的冻融侵蚀结果，将为若尔盖的生态环境建设提供科学有效的依据，具有重要意义。

参考文献

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