毛乌素沙地水体面积变化及驱动因子

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2022.00117

摘要/Abstract

摘要：

干旱半干旱地区水分在土壤-植物-大气连续体（SPAC）中转换较快，地表水地下水转换时间短，水体面积变化对干旱半干旱地区浅层地下水具有重要的指示作用。利用Google Earth Engine平台处理1990—2018年共29期Landsat遥感影像，获取毛乌素沙地长时间序列下地表水体变化特征。结果表明：毛乌素沙地水体面积具有很强的季节性特征，年内两次峰值分别出现在4月和8月，比上月面积分别增加44.867 km²（28.60%）和55.477 km²（34.39%）。1990—2018年地表水体面积波动较大，研究区内水体面积从379.771 km²缩减到275.492 km²，共缩减了104.278 km²（27.46%）。研究区水体面积变化主要受降水、植被覆盖和人类活动的影响，29 a内降水量和水体面积相关系数为0.57（P<0.05），而1991—2008和2009—2017年二者相关系数分别为0.59和0.77（P<0.05）；29 a内植被覆盖和水体面积整体呈负相关，但相关性不显著，其中1990、1997、1998、2003—2007、2009、2011—2015年16 a内相关系数为0.57（P<0.05），表明毛乌素沙地人类活动影响较大。为了治理沙地，应该减少人类活动。

关键词: 毛乌素沙地, 水体面积, 植被覆盖, 水资源

Abstract:

The soil-plant-atmosphere continuum （SPAC） in arid and semi-arid regions converts water rapidly， while the conversion time of surface water and groundwater is short. The change of water body area plays an important role in indicating shallow groundwater in arid and semi-arid regions. A total of 29 periods of Landsat remote sensing images from 1990 to 2018 were processed through the Google Earth Engine platform， which obtain the variation characteristics of the subsurface water bodies in the Mu Us Sandy Land in a short-term sequence. The results show： The variation of water bodies in the Mu Us Sandy Land has strong seasonal characteristics. The two peaks occurred in April and August during the year， respectively. The monthly area increased by 44.867 km² （28.60%） and 55.477 km² （34.39%） respectively. From 1990 to 2018， the surface water body fluctuated greatly， and the total area of the water body in the study area was reduced from 379.771 km² to 275.492 km²， a total reduction of 104.278 km² （27.46%）. The change of water body area in the study area is mainly affected by precipitation， vegetation coverage and human activities. The correlation coefficient between precipitation and water body area within 29 years is 0.57， while the correlation coefficients between 1991-2008 and 2009-2017 are 0.59 and 0.77. Vegetation coverage and water body area were negatively correlated within 29 years， but the correlation was not significant. It shows that human activities in the Mu Us Sandy Land have a greater impact. In order to control the sandy land， human activities should be reduced.

Key words: Mu Us Sandy Land, water body area, vegetation coverage, water resources

中图分类号:

K928.43

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图/表 10

图1 毛乌素沙地地理位置及植被分布

Fig.1 Location of the Mu Us Sandy Land and the distribution of major vegetation types

图2 1990—2018年毛乌素沙地水体面积月际变化

Fig.2 Inter-monthly variation in water at the spatial-average level in the Mu Us Sandy Land during 1990-2018

表1 1990—2018年不同月份毛乌素沙地水体面积

Table 1 Monthly mean area of water in the Mu Us Sandy Land during 1990-2018

月份	水体面积/km²	变化面积/km²	变化率/%	月份	水体面积/km²	变化面积/km²	变化率/%
1	188.069	—	—	7	161.301	-27.010	-14.34
2	146.150	-41.918	-22.29	8	216.778	55.477	34.39
3	156.905	33.800	23.13	9	214.495	-2.283	-1.05
4	201.773	44.867	28.60	10	213.360	-1.135	-0.53
5	193.045	-8.728	-4.33	11	222.378	9.018	4.23
6	188.311	-4.734	-2.45	12	226.027	3.649	1.64

图3 1990—2014年毛乌素沙地水体面积变化

Fig.3 The surface water area changes on the Mu Us Sandy Land during 1990-2014

表3 毛乌素沙地1990—2018年水体面积

Table 3 The statistical of annual surface water area of water in the Mu Us Sandy Land during 1990-2018

年份	水体面积/km²	变化面积/km²	变化率/%	年份	水体面积/km²	变化面积/km²	变化率/%
1990	379.771	—	—	2005	172.014	-85.997	-33.331
1991	229.711	-150.060	-39.513	2006	189.519	17.505	10.176
1992	277.394	47.683	20.758	2007	283.874	94.355	49.787
1993	235.357	-42.037	-15.154	2008	281.830	-2.044	-0.720
1994	296.259	60.902	25.876	2009	237.346	-44.484	-15.784
1995	317.312	21.053	7.106	2010	228.016	-9.330	-3.931
1996	234.920	-82.392	-25.966	2011	287.111	59.095	25.917
1997	222.039	-12.882	-5.483	2012	376.939	89.828	31.287
1998	305.430	83.391	37.557	2013	296.247	-80.692	-21.407
1999	271.008	-34.422	-11.270	2014	272.071	-24.176	-8.161
2000	209.978	-61.030	-22.520	2015	228.259	-43.813	-16.103
2001	258.881	48.903	23.290	2016	336.970	108.711	47.626
2002	347.718	88.837	34.316	2017	304.954	-32.016	-9.501
2003	316.919	-30.799	-8.857	2018	275.492	-29.462	-9.661
2004	258.011	-58.908	-18.588

图4 毛乌素沙地水体面积与降水量关系

Fig.4 Relationship between water body area and rainfall in the Mu Us Sandy Land

图5 1990—2018年毛乌素沙地降水量和水体面积变化

Fig.5 Annual rain and area of water in the Mu Us Sandy Land during 1990-2018

图6 1990—2018年毛乌素沙地年均气温和水体面积变化

Fig.6 Annual average temperature and area of water in the Mu Us Sandy Land during 1990-2018

图7 不同年份不同覆盖地区面积占毛乌素沙地总面积的比例

Fig.7 Proportion of different coverage areas in the total area of the Mu Us Sandy Land during 1990-2018

图8 1990—2018年毛乌素沙地植被覆盖变化趋势

Fig.8 Trend of vegetation cover in the Mu Us Sandy Land during 1990-2018

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