中高緯度濕地大約占全球天然濕地總面積的64%左右,兼有水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)節(jié)以及生物多樣性維持等重要生態(tài)功能,在維系區(qū)域生態(tài)安全和生態(tài)環(huán)境平衡中發(fā)揮著重要作用。中高緯度濕地是對于氣候變化較敏感且較脆弱的生態(tài)系統(tǒng),氣候變化和人類活動的雙重干擾導致中高緯度濕地,尤其是高緯度大興安嶺地區(qū)濕地的退化遠超過其他類型的生態(tài)系統(tǒng)。大興安嶺地區(qū)濕地具有高緯度寒溫帶山地林區(qū)濕地的典型特征,本研究以該濕地為研究對象,(1)探究了近50-60年來該地區(qū)的氣候變化特征,(2)分析了濕地景觀的動態(tài)變化,(3)構(gòu)建了濕地景觀分布模型,并量化了影響不同類型濕地分布的環(huán)境因子的相對重要性,(4)模擬了不同氣候情景下,不同濕地類型、面積、分布以及空間格局對氣候變化的響應。本研究為大興安嶺地區(qū)的濕地保護以及氣候變化背景下的濕地適應性管理提供理論依據(jù),得到的主要結(jié)果如下:(1)大興安嶺地區(qū)氣候變化近56年(1961-2016年)大興安嶺地區(qū)的年平均溫度呈現(xiàn)明顯的增加趨勢,氣溫傾向率為0.4℃/10a,達到了0.01的顯著性水平;同時具有3-5年和15-18年尺度的震蕩周期;此外,多年平均溫度的突變年份為1984年,且該突變點在代表0.05顯著性水平的±1.96之間。同期,年降水量整體呈現(xiàn)一定的增加趨勢,降水傾向率為11.92mm/10a,達到了0.01的顯著性水平;年降水量存在3-5年、8-11年和28年尺度左右的震蕩周期;突變年份分別為1978年和2005-2007年,且突變點在0.05顯著性水平的±1.96之間。不同氣候情景下,大興安嶺地區(qū)年平均溫度在2050年和2070年的RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5氣候情景相對于基準氣候情景增加了1.27-4.2℃,其中2070年比2050年的RCPs氣候情景增溫更加顯著,年平均溫度在空間上從東南到西北逐漸降低;年降水量在2050年和2070年的RCPs氣候情景下相比于基準氣候情景均有所增加,增加了18-65mm,年降水量總體呈現(xiàn)中西部較高、北部較低的空間格局。(2)大興安嶺地區(qū)濕地景觀動態(tài)變化近77年(1940-2016年)大興安嶺地區(qū)濕地總面積呈現(xiàn)不斷減少的趨勢,共減少了4541km~2;濕地的空間分布由該地區(qū)中部密集轉(zhuǎn)向西北和東南部較密集。近27年(1990-2016年)就不同類型濕地而言,喬木濕地和水體面積變化相對較小,而灌木濕地共增加了136km~2,草本濕地共減少了450km~2;空間上,喬木濕地大部分位于該地區(qū)北部,灌木濕地主要分布在中部以及北部,草本濕地則主要分布在中部以及南部,水體分散于整個研究區(qū)。大興安嶺地區(qū)濕地的空間格局在1990-2016年變化相對較小,但不同類型濕地景觀的空間分異顯著。喬木濕地斑塊所占景觀面積比(Percent of landscape,PLAND)在北部邊緣較高,灌木濕地PLAND中間高于四周,草本濕地PLAND在中南部較高,水體PLAND的高值區(qū)集中在東北部。喬木濕地斑塊密度(Patch density,PD)在北部和東部相對較高,灌木濕地PD在東部存在高值區(qū),草本濕地PD在東北部高于其他區(qū)域,水體斑塊PD整體上北部高于南部。喬木濕地在北部形狀(Perimeter Area Ratio_Mean,PARA_MN)較復雜,灌木濕地在中部以及西北部斑塊形狀較復雜,草本濕地在中西部以及東南部斑塊形狀較復雜,水體在西北部以及東部邊緣形狀較復雜。喬木濕地在東北部聚合度(Aggregation Index,AI)較高,灌木濕地在中部偏北地區(qū)AI較高,草本濕地在南部聚合度較高,水體在北部斑塊聚合度較高。(3)構(gòu)建濕地景觀分布模型并量化影響濕地分布的環(huán)境因子的重要性基于大興安嶺地區(qū)濕地分布和環(huán)境因子數(shù)據(jù),濕地主要包括4種類型,即喬木濕地、灌木濕地、草本濕地和水體,環(huán)境因子包括10個氣候變量和10個地理景觀變量,利用隨機森林建立濕地景觀分布模型,對模型進行驗證和精度評價,其AUC值為0.8874,表明模型具有較好的模擬濕地分布的能力。同時得出影響該地區(qū)不同類型濕地分布的環(huán)境因子相對重要性,其中對喬木濕地分布影響相對較大的環(huán)境因子:人類干擾度(HII)到河流距離(RIV)地形起伏度(RA)溫度季節(jié)性(TS)坡度指數(shù)(SL)等溫性(ISO)到道路距離(ROA)土壤類型(SOI)年平均溫度(MAT)轉(zhuǎn)換坡向(ASP);對灌木濕地分布影響相對較大的環(huán)境因子:坡度指數(shù)(SL)轉(zhuǎn)換坡向(ASP)人類干擾度(HII)到河流距離(RIV)等溫性(ISO)到道路距離(ROA)地表粗糙度(SR)地形起伏度(RA)土壤類型(SOI)年平均溫度(MAT);對草本濕地分布影響相對較大的環(huán)境因子:坡度指數(shù)(SL)轉(zhuǎn)換坡向(ASP)人類干擾度(HII)地形起伏度(RA)地表粗糙度(SR)到河流距離(RIV)到道路距離(ROA)土壤類型(SOI)等溫性(ISO)海拔高度(AI);對水體分布影響相對較大的環(huán)境因子包括:地貌類型(GEO)土壤類型(SOI)人類干擾度(HII)等溫性(ISO)溫度季節(jié)性(TS)年平均溫度(MAT)到河流距離(RIV)年降水量(AP)地形起伏度(RA)最濕季節(jié)降水量(PWQ)。(4)大興安嶺地區(qū)濕地分布對氣候變化響應的模擬研究整體來看,氣候變化使大興安嶺地區(qū)北部的喬木濕地和灌木濕地大量喪失退化,同時使南部草本濕地出現(xiàn)退化并向北部轉(zhuǎn)移,水體在整個研究區(qū)均有所減少,退化至東部邊緣。具體而言,喬木濕地和灌木濕地受氣候變化影響主要在RCP2.6氣候情景下在北部剩少量零星分布。草本濕地在2050年從RCP2.6至RCP8.5氣候情景,增加的區(qū)域有所減少,但減少的區(qū)域有所增加,主要表現(xiàn)為南部大量減少,西北部大量增加,中間分布著一些未發(fā)生變化的區(qū)域;草本濕地在2070年隨著氣候情景的增強,南部以及中部減少的濕地面積逐漸增多,西北部增加的濕地面積逐漸減少;整個研究區(qū)的水體在三種氣候情景下均大幅度減少,2050年的喪失程度平均高于2070年,增加的區(qū)域主要分布在東部邊緣。不同類型濕地的景觀格局對氣候變化的響應不同,喬木濕地和灌木濕地的PLAND受氣候變化影響明顯減小;草本濕地PLAND增加值隨著氣候情景的增強在2050年逐漸減小,但在2070年則先減小后增加;水體PLAND值從RCP2.6至RCP8.5氣候情景在2050年不斷增加,但在2070年先增加后減小。氣候變化使喬木濕地和灌木濕地PD均明顯減小;草本濕地PD在2050年均減小,但在2070年均有所增加,且兩個時期的PD均呈現(xiàn)隨著氣候情景的增強而增加;水體PD在2050年大幅度減小,在2070年隨氣候情景的增強而增加。氣候變化對不同類型濕地斑塊形狀PARA_MN的影響相對較小。喬木濕地AI在RCP2.6氣候情景下表現(xiàn)為2050年略有升高,2070年有所降低;灌木濕地聚合度AI在RCP2.6氣候情景下大幅度降低;草本濕地AI受氣候變化影響平均有所升高,在2050年和2070年均隨著氣候情景的增強而降低;水體AI隨著氣候情景的增強在2050年逐漸升高,但在2070年逐漸降低。(5)氣候變化背景下的濕地適應性管理根據(jù)大興安嶺地區(qū)濕地分布對氣候變化的響應,制定該地區(qū)基于氣候變化背景下的濕地適應性對策,一方面加強濕地生境保護,另一方面,需要對退化濕地進行恢復,優(yōu)先適應氣候變化。并不斷完善基于氣候變化的適應性濕地政策制度、濕地自然保護區(qū)制度和濕地保護監(jiān)測制度,進而保護該地區(qū)濕地,使其不斷提高適應氣候變化的能力。
【學位單位】：東北師范大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：X171.1;P467
【部分圖文】：

通過建立的濕地景觀分布模型，利用不同的氣候情景對大區(qū)濕地進行模擬研究，揭示氣候變化對大興安嶺地區(qū)濕地面積、分布以局的影響，為制定未來氣候變化背景下的濕地適應性策略提供理論和數(shù)同時豐富了我國高緯度寒溫帶濕地的相關(guān)研究。1.1.3 總體思路根據(jù)上述的研究背景以及研究意義，本文的總體思路，如圖 1-1 所示。站以及氣候情景數(shù)據(jù)對大興安嶺地區(qū)的氣候變化特征進行分析，包括氣候變化特征以及不同氣候情景下氣候特征；根據(jù)濕地解譯數(shù)據(jù)0-2016 年大興安嶺地區(qū)整體濕地變化以及 1990-2016 年不同類型濕地景化；以濕地分布以及環(huán)境因子數(shù)據(jù)為基礎，利用隨機森林建立濕地景觀，并對影響不同類型濕地的環(huán)境因子相對重要性進行量化，然后利用建對氣候變化背景下濕地分布進行情景模擬，將 2050 年和 2070 年 RCPs與基準氣候情景做對比，以揭示氣候變化對不同類型濕地面積、分布以局的影響，并提出基于氣候變化背景下的大興安嶺地區(qū)濕地適應性管理

第二章 研究區(qū)概況和濕地數(shù)據(jù)獲取與處理2.1 大興安嶺地區(qū)概況2.1.1 地理位置本文的研究區(qū)位于中國東北邊陲的大興安嶺地區(qū)，是我國最北端的地級行政區(qū)，東部毗鄰小興安嶺，西部接壤呼倫貝爾大草原，南部與肥沃的松嫩平原瀕臨，北部與俄羅斯相鄰。研究區(qū)南北方向縱越共3個緯度，且緯度在50°10′N - 53°33′N之間，在東西上橫跨共有六個經(jīng)度，且經(jīng)度在 121°12′E - 127°00′E 之間，東西跨度約為 410km，南邊跨度約為 386km，研究區(qū)的總面積約 8.46×104km2，如圖 2-1所示。大興安嶺地區(qū)在行政區(qū)劃上公署 3 個縣四個區(qū)，主要包括加格達奇區(qū)、松嶺區(qū)、新林區(qū)、呼中區(qū)、呼瑪縣、塔河縣和漠河市。大興安嶺山脊呈東北-西南走向，致使研究區(qū)的地形地貌、氣候狀況、水文、土壤以及森林植被等自然地理條件較復雜。

研究區(qū)內(nèi)的主要河流包括額木爾河、盤古河、大西爾根氣河、呼瑪河、寬河、多布庫里河和南翁河等，如圖2-2 所示，數(shù)據(jù)來源于中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所地理景觀遙感學科組。

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本文編號：2812465