腾格里沙漠湖泊群小气候特征及其对气候变化的响应

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00170

摘要/Abstract

摘要：

沙漠湖泊对气候变化的响应相较其他湖泊更敏感，同时湖泊也对局地气候有一定的反馈。当前国内对沙漠湖泊的研究主要在巴丹吉林沙漠，腾格里沙漠也存在诸多沙漠湖泊，然而相关研究较少。基于全球地表水体数据集分析腾格里沙漠湖泊区2001—2020年水体面积变化，结合该区域气温、风速、降水量、蒸发量等数据，利用趋势分析、灰色关联分析、皮尔逊相关性分析等方法，探究腾格里沙漠湖泊群对气候变化的响应机制及湖泊对局地气候的反馈作用。结果表明：（1）在2001—2020年，湖泊群面积处于波动状态，相对变率为10.05%~13.66%。（2）湖泊区年均气温和风速波动较小，年降水量和年蒸发量呈波动上升趋势。（3）湖泊对气候变化的响应表现为湖泊群面积与气温呈负相关，与降水量呈正相关；湖泊对局地气候的反馈表现为沙漠湖泊区的气温和降水量高于非湖泊区。

关键词: 沙漠湖泊, Google Earth Engine, 响应与反馈, 腾格里沙漠, 气候变化

Abstract:

Desert lakes are more sensitive to climate change than other lakes， and the lakes also have some feedback to local climate. At present， the research on desert lakes in China is mainly concentrated in the Badain Jaran Desert， and there are many desert lakes in the Tengger Desert， but there are relatively few related studies. Based on the global surface water dataset， this paper analyzes the changes of water area in the Tengger Desert lakes from 2001 to 2020， combined with the data of temperature， wind speed， precipitation and evaporation in the region， and uses trend analysis， grey correlation analysis and Pearson correlation analysis to explore the response mechanism of the Tengger Desert lakes to climate change and the feedback effect of the lakes on the local climate. The results showed that：（1） During the period from 2001 to 2020， the area of lakes in the Tengger Deser fluctuated， and the relative variability rate was 10.05%-13.66%. （2） The annual average temperature and wind speed in the Tengger Deser lake area fluctuated little， and the annual precipitation and annual evaporation showed a fluctuating upward trend. （3） The response of the Tengger Deser lakes to climate change showed that the area of lakes was negatively correlated with temperature and positively correlated with precipitation. The feedback of lakes to the local climate was that the temperature and precipitation in the desert lake area were higher than those in the non-lake area.

Key words: desert lakes, Google Earth Engine, response and feedback, Tengger Desert, climate change

中图分类号:

P931.3

陈阳, 吕萍, 曹敏, 夏子书, 马芳, 余军林. 腾格里沙漠湖泊群小气候特征及其对气候变化的响应[J]. 中国沙漠, 2024, 44(2): 231-238.

Yang Chen, Ping Lv, Min Cao, Zishu Xia, Fang Ma, Junlin Yu. Microclimate characteristics of Tengger Desert lakes and its response to climate change[J]. Journal of Desert Research, 2024, 44(2): 231-238.

图/表 8

图1 研究区位置及其海拔

Fig.1 The location of the study area and its elevation

图2 通过GEE提取的水体注：C、D分别为A、B对应的年内存在6个月及以上的水体提取结果

Fig.2 Water area extracted by GEE

表1 数据来源及其分辨率

Table 1 The source and resolution of the data

数据	来源	时间分辨率	空间分辨率
水体面积	JRC Monthly Water History	1月	30 m
气温、风速及降水量	CMFD	1月	0.1°
气温、风速及降水量	TPMFD	1月	0.05°
蒸发量	MOD16A2	8天	500 m

图3 2001—2020年腾格里沙漠湖泊群面积变化趋势

Fig.3 Trends of lake area in Tengger Desert from 2001 to 2020

图4 2001—2020年腾格里沙漠湖泊区气候因子变化趋势

Fig.4 Trends of climate factors in the lake area of the Tengger Desert from 2001 to 2020

表2 湖泊群面积和不同气候因子之间的相关性分析

Table 2 Correlation analysis of lake group area and different climatic factors

	湖泊群面积	年均气温	10 m高度风速	年降水量	年蒸发量
湖泊群面积	1
年均气温	-0.176	1
10 m高度风速	0.026	-0.675^**	1
年降水量	0.268	-0.259	-0.076	1
年蒸发量	-0.040	-0.128	0.049	0.395^*	1

图5 研究区和对比区2001—2020年气候因子变化对比

Fig.5 Comparison of changes in climate factors in the study area and the comparison area from 2001 to 2020

表3 研究区和对比区2001—2020年气候因子平均值的对比

Table 3 Comparison of average values of climatic factors in the study area and comparison area from 2001 to 2020

区域	年均气温 /℃	10 m高度风速 /（m·s^-1）	年降水量 /mm	年蒸发量 /mm
研究区	9.88	3.21	215.00	1439.50
对比区	9.78	3.33	195.26	1146.94

参考文献 35

1	丁永建，刘时银，叶柏生，等.近50 a中国寒区与旱区湖泊变化的气候因素分析［J］.冰川冻土，2006，28（5）：623-632.
2	Nsubuga W N F， Mearns F K， Adeola M A.Lake Sibayi variations in response to climate variability in northern KwaZulu-Natal，South Africa［J］.Theoretical and Applied Climatology，2019，137（1/2）：1233-1245.
3	杨立彬，黄强，武见，等.红碱淖湖泊面积变化影响因素及预测分析［J］.干旱区资源与环境，2014，28（3）：74-78.
4	Singh D， Rai P S， Kumar B，et al.Study of hydro-chemical characteristics of Lake Nainital in response of human interventions，and impact of twentieth century climate change［J］.Environmental Earth Sciences，2016，75（20）：1380.
5	胡汝骥，姜逢清，王亚俊，等.论中国干旱区湖泊研究的重要意义［J］.干旱区研究，2007（2）：137-140.
6	吕妍，王让会，蔡子颖.我国干旱半干旱地区气候变化及其影响［J］.干旱区资源与环境，2009，23（11）：65-71.
7	张振瑜，王乃昂，吴月，等.1973-2010年巴丹吉林沙漠腹地湖泊面积空间变化的遥感分析［J］.湖泊科学，2013，25（4）：514-520.
8	朱金峰，王乃昂，李卓仑，等.巴丹吉林沙漠湖泊季节变化的遥感监测［J］.湖泊科学，2011，23（4）：657-664.
9	熊波，陈学华，宋孟强，等.基于RS和GIS的沙漠湖泊动态变化研究：以巴丹吉林沙漠为例［J］.干旱区资源与环境，2009，23（8）：91-98.
10	张克存，奥银焕，屈建军，等.巴丹吉林沙漠湖泊-沙山地貌格局对局地小气候的影响［J］.水土保持通报，2014，34（5）：104-108.
11	乔江，裴浩，王永利，等.腾格里沙漠内湖泊及湖盆绿洲的动态研究［J］.内蒙古气象，2006（2）：26-28.
12	颜长珍，李森，逯军峰，等.1975-2015年腾格里沙漠湖泊面积与数量［J］.中国沙漠，2020，40（4）：183-189.
13	Nan M， Nai'ang W， Liqiang Z，et al.Warm Island Effect in the Lake Region of the Tengger Desert Based on MODIS and Meteorological Station Data［J］.Atmosphere，2021，12（9）：1157.
14	Jean-François P， Andrew C， Noel G，et al.High-resolution mapping of global surface water and its long-term changes［J］.Nature，2016，540（7633）：418-422.
15	陈军，廖安平，陈利军，等.全球30 m分辨率人造地表覆盖数据集（2010）的内容与研发［J］.全球变化数据学报（中英文），2017，1（2）：136-148.
16	Feng，Sexton，Channan，et al.A global，high-resolution （30-m） inland water body dataset for 2000：first results of a topographic-spectral classification algorithm［J］.International Journal of Digital Earth，2016，9（2）：113-133.
17	Jie H， Kun Y， Wenjun T，et al.The first high-resolution meteorological forcing dataset for land process studies over China［J］.Scientific Data，2020，7（1）：1-11.
18	Hersbach H， Bell B， Berrisford P，et al.The ERA5 global reanalysis［J］.Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society，2020，146（730）：1999-2049.
19	中国第一代全球大气和陆面再分析产品（CRA）用户手册［EB/OL］.（2021-05）［2021-05］..
20	Gorelick N， Hancher M， Dixon M，et al.Google Earth Engine：planetary-scale geospatial analysis for everyone［J］.Remote Sensing of Environment，2017，202：18-27.
21	江威.多源卫星遥感数据陆表水体产品生成方法研究［J］.测绘学报，2023，52（2）：347.
22	Aires F， Prigent C， Fluet-Chouinard E，et al.Comparison of visible and multi-satellite global inundation datasets at high-spatial resolution［J］.Remote Sensing of Environment，2018，216：427-441.
23	来婷婷，王乃昂，黄银洲，等.2002年腾格里沙漠湖泊季节变化研究［J］.湖泊科学，2012，24（6）：957-964.
24	阳坤，何杰，唐文君，等.中国区域地面气象要素驱动数据集（1979-2018）［DS］.时空三极环境大数据平台..
25	阳坤，姜尧志，唐文君，等.第三极地区长时间序列高分辨率地面气象要素驱动数据集（TPMFD，1979-2020）［DS］.国家青藏高原科学数据中心..
26	赵彤，赵梦凡，周秉荣，等.三种再分析气温降水资料在青藏高原的适用性评价［J］.沙漠与绿洲气象，2023，17（3）：116-125.
27	丁光旭，郭家力，汤正阳，等.多种降水再分析数据在长江流域的适用性对比［J］.人民长江，2022，53（9）：72-79.
28	高黎明，张乐乐，沈永平，等.ERA-Interim和CMFD气象驱动数据在新疆额尔齐斯河流域的适用性评价［J］.冰川冻土，2022，44（1）：179-187.
29	闫伟兄，赵俊芳，杨洋.GHCN-CAMS和CMFD两种尺度再分析资料对宁夏气温反映能力评估［J］.地理科学进展，2021，40（12）：2061-2072.
30	董治宝，苏志珠，钱广强，等.库姆塔格沙漠风沙地貌［M］.北京：科学出版社，2011：167-168
31	韩鹏飞，王旭升，胡晓农，等.巴丹吉林沙漠湖泊水面蒸发与气象要素的动态关系［J］.干旱区研究，2018，35（5）：1012-1020.
32	徐丹蕾，丁靖南，伍永秋.1989-2014年毛乌素沙地湖泊面积［J］.中国沙漠，2019，39（6）：40-47.
33	王理想，蔡明玉，白雪莲，等.乌兰布和沙漠东南缘湖泊群消涨与驱动因素［J］.中国沙漠，2020，40（2）：59-67.
34	张洵赫，王乃昂，赵力强，等.基于MODIS数据的巴丹吉林沙漠冬季暖岛空间分布特征及其研究［J］.兰州大学学报（自然科学版），2015，51（2）：180-185.
35	Huang J， Yu H， Dai A，et al.Drylands face potential threat under 2 ℃ global warming target［J］.Nature Climate Change，2017，7（6）：417-422.

[1]	葛健辉, 刘冰, 徐宇杰, 孙爱军, 汪克奇, 李冬雪, 赵晖. 末次冰消期以来黄河首曲流域气候变化与地表过程相互关系[J]. 中国沙漠, 2024, 44(2): 121-132.
[2]	李庆, 周娜, 王盛, 李童洲, 王仁德, 王金凤. 气候变化和人类活动对土壤风蚀影响的定量评估[J]. 中国沙漠, 2024, 44(1): 178-188.
[3]	冯筱, 屈建军, 丁新辉, 田琴, 范庆斌. 沙漠化逆转过程中榆林市植被净初级生产力时空格局及其影响因素[J]. 中国沙漠, 2024, 44(1): 22-32.
[4]	张欣, 董治宝, 南维鸽, 陈国祥, 石唯康, 王晓枝, 高冲. 巴丹吉林沙漠湖泊颜色季节性变化成因[J]. 中国沙漠, 2023, 43(6): 89-97.
[5]	赵延卓, 谢远云, 康春国, 迟云平, 孙磊, 吴鹏, 魏振宇. 呼伦贝尔沙地风成砂-古土壤剖面记录的全新世气候变化[J]. 中国沙漠, 2023, 43(5): 85-96.
[6]	路建兵, 鞠珂, 廖伟斌. 2000—2020年甘肃省植被覆盖特征及其对气候变化和人类活动的响应[J]. 中国沙漠, 2023, 43(4): 118-127.
[7]	尤其, 许宝荣, 邹松兵, 秦艺豪, 王铎, 于冬. 中国北方干旱半干旱区植被-气候响应关系特征[J]. 中国沙漠, 2023, 43(4): 274-287.
[8]	王耀宗, 岳新斌, 谢家丽, 刘志鹏, 马媛, 王亚晖, 宫燕. 2000—2020年宁夏河东沙区沙漠化演变[J]. 中国沙漠, 2023, 43(4): 31-40.
[9]	崔亚婷, 李嬛, 郑龙啸, 吴孟泉. 基于 *RSEI* 的黄河上游流域生态环境质量变化分析[J]. 中国沙漠, 2023, 43(3): 107-118.
[10]	梁鹏飞, 辛惠娟, 李宗省, 南富森, 唐彪, 张文豹. 基于Budyko假设的党河径流变化归因[J]. 中国沙漠, 2023, 43(3): 210-219.
[11]	段然, 李宗杰, 王昱, 刘晓颖, 桂娟, 梁鹏飞, 李玉辰, 薛健, 刘梦晴, 徐斌. 石羊河流域径流变化特征[J]. 中国沙漠, 2023, 43(3): 57-68.
[12]	王颖, 弋双文, 徐志伟, 张昊辰, 李徐生. 腾格里沙漠两万年以来典型沉积物钾长石和石英光释光测年对比研究[J]. 中国沙漠, 2023, 43(3): 69-85.
[13]	韩子言, 蒙吉军, 邹易, 朱利凯. 1982—2017年黑河流域植被指数动态及其对气候变化与生态建设工程的响应[J]. 中国沙漠, 2023, 43(3): 96-106.
[14]	辛春明, 何明珠, 李承义, 张力斌, 李新荣. 荒漠土壤氧化亚氮排放及其驱动因素研究进展[J]. 中国沙漠, 2023, 43(2): 184-194.
[15]	贾冰, 司建华, 武志博, 齐识, 马丽丽, 朱兴林, 秦洁, 石福年. 飞播种子丸粒化技术应用对植被和土壤的影响[J]. 中国沙漠, 2023, 43(2): 195-204.