2001―2022年祁连山南坡地表温度时空变化特征及驱动因素

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2024.00048

摘要/Abstract

摘要：

基于MOD11A2、数字高程模型（DEM）、土地利用类型、气象（降水量、气温）及归一化植被指数等数据，利用趋势分析、线性回归、地理探测器等方法，对2001―2022年祁连山南坡地表温度（Land Surface Temperature，LST）进行分析，探讨了影响LST变化的驱动因素。结果表明：（1）在时间维度上，2001―2022年祁连山南坡LST总体呈上升趋势，且表现出明显的时段变化，生长季（5—9月）LST增温率高于非生长季。白天LST呈不显著下降趋势（-0.065 ℃/10a），夜间LST呈显著上升趋势（0.21 ℃/10a），而年均LST以0.072 ℃/10a的速率上升。月平均LST先增大后减小，并以7月为转折点呈对称分布。（2）在空间维度上，LST高值区主要分布在河谷区域。平均LST随海拔升高递减率为0.59 ℃/100 m。不同覆盖类型LST排序为：裸地<水域<草地<林地<建设用地<耕地。（3）在单一因子影响下，海拔是影响LST变化的主要因素，气温次之。在因子组合控制下，气温∩降水量解释力最大（q=0.61），表明气温与降水量耦合是该区LST的主要影响因素。

关键词: 地表温度, 时空变化, 影响因子, 祁连山南坡

Abstract:

Based on MOD11A2 data， DEM， land use type data， meteorological data （precipitation， air temperature and normalized difference vegetation index （NDVI） of Qilian Mountains from 2001 to 2022， land surface temperature （LST） were analyzed using trend analysis， linear regression and geographic probe model， and the driving factors of LST were discussed. The results show that：（1） In the time dimension， the LST on the southern slope of Qilian Mountains show upward trend from 2001 to 2022， and the LST warming rate in growing season （from May to September） is higher than that in non-growing season. The daytime LST showed an insignificant decline trend （-0.065 ℃/10a）， the nighttime LST showed a significant increase trend （0.21 ℃/10a）， while the annual LST increased at the rate of 0.072 ℃/10a. The monthly LST increased first and then decreased， and it was symmetrical with July as the turning point. （2） In the spatial dimension， the high LST regions are mainly distributed in the valley area. The decreasing rate of LST with elevation was 0.59 ℃/100 m. The order of LST from low to high was as follows： bare land < water < grassland < forest land < land of construction < cultivated land. （3） Under the influence of single factor， altitude is the main factor affecting the change of LST， and air temperature is the second. The coupling of air temperature and precipitation had the greatest explanatory power （q = 0.61）.

Key words: land surface temperature, spatial and temporal variations, impact factors, southern slope of Qilian Mountains

中图分类号:

P423

李晓燕, 曹广超, 陈宗颜, 袁杰, 孙子婷, 唐建亭. 2001―2022年祁连山南坡地表温度时空变化特征及驱动因素[J]. 中国沙漠, 2024, 44(5): 84-94.

Xiaoyan Li, Guangchao Cao, Zongyan Chen, Jie Yuan, Ziting Sun, Jianting Tang. Spatial-temporal characteristics and influencing factors of land surface temperature on the southern slope of Qilian Mountains from 2001 to 2022[J]. Journal of Desert Research, 2024, 44(5): 84-94.

图/表 12

图1 研究区高程

Fig.1 Elevation of the study area

表1 数据来源与处理

Table 1 Data sources and processing

数据类型	数据来源	数据产品	分辨率	数据处理
地表温度	美国航天航空局NASA网站（http://modis.gsfc.nasa.gov/）	MOD11A2	8 d,1 km	利用MRT、ArcGIS10.8进行拼接、投影转换、重采样和裁剪等预处理
气温、降水量、NDVI	国家地球系统科学数据中心（http://www.geodata.cn)	中国地面资料年值数据	1 km	利用ArcGIS10.8软件进行裁剪与重分类
DEM、坡度、坡向	地理空间数据云(http://www.gscloud.cn)	DEM数字高程数据	90 m	利用ArcGIS10.8软件进行裁剪与重分类
土地利用	GEE（https://earthengine.google.com)	青海省土地利用数据	30 m	利用ArcGIS10.8软件进行裁剪与重分类

图2 2001—2022年祁连山南坡地表温度年际变化

Fig.2 Interannual variation of land surface temperature on the southern slope of Qilian Mountains from 2001 to 2022

图3 2001—2022年祁连山南坡地表温度及年际变化率空间分布

Fig.3 Spatial distribution of land surface temperature and its interannual variability on the southern slope of Qilian Mountains from 2001 to 2022

图4 2001—2022年祁连山南坡生长季与非生长季地表温度年际变化

Fig.4 Interannual variation of land surface temperature in growing season and non-growing season on the southern slope of Qilian Mountains from 2001 to 2022

图5 2001—2022年祁连山南坡生长季与非生长季地表温度空间分布

Fig.5 Spatial distribution of land surface temperature in growing season and non-growing season on the southern slope of Qilian Mountains from 2001 to 2022

图6 2001—2022年祁连山南坡月均地表温度年内变化

Fig.6 Annual variation of monthly average land surface temperature on the southern slope of Qilian Mountains from 2001 to 2022

图7 2001—2022年祁连山南坡月均地表温度空间分布

Fig.7 Spatial distribution of monthly everage land surface temperature on the southern slope of Qilian Mountains from 2001 to 2022

表2 祁连山南坡不同土地利用类型的地表温度 (℃)

Table 2 Land surface temperature of different land use types on the southern slope of the Qilian Mountains

土地利用类型	年份					年均	年均白天	年均夜晚
土地利用类型	2000	2005	2010	2015	2021	年均	年均白天	年均夜晚
裸地	5.36	-1.56	-1.57	-1.58	-2.91	-1.83	7.56	-11.23
建设用地	5.03	5.03	5.03	5.03	5.03	5.07	15.88	-5.74
水域	0.72	0.71	0.82	0.82	0.83	-0.25	9.57	-10.07
草地	0.89	0.88	0.87	0.87	0.88	0.88	11.56	-9.80
林地	1.87	1.86	1.86	1.86	1.92	1.87	11.12	-7.37
耕地	5.36	5.35	5.34	5.34	5.16	5.31	16.05	-5.43

图8 2001—2022年祁连山南坡不同海拔的年均、年均白天、年均夜晚地表温度变化

Fig.8 Annual daytime and nighttime mean land surface temperature changes at different elevations in the Qilian Mountains from 2001 to 2022

图9 2001—2022年祁连山南坡气温、降水量、NDVI及地表温度聚类分析

Fig.9 Cluster analysis of air temperature， precipitation， amount of NDVI and LST of Qilian Mountains from 2001 to 2022

图10 影响因子驱动力

Fig.10 Driving force of influence factors

参考文献 27

1	毛克彪，严毅博，赵冰，等.中国地表温度时空变化及驱动因素分析［J］.灾害学，2023，38（2）：60-73.
2	Anupam P， Arun M， Subhanil G，et al.Analysis of spectral indices-based downscaled land surface temperature in a humid subtropical city［J］.International Journal of Image and Data Fusion，2023，14（4）：336-358.
3	乔丽，吴林荣，张高健，等.中国近50 a地表温度时空变化特征分析［J］.水土保持通报，2015，35（5）：323-326.
4	程姗岭，于海鹏，任钰，等.中国干旱半干旱区气候异常影响机理研究进展［J］.中国沙漠，2023，43（3）：21-35.
5	王宾宾，马耀明，马伟强，等.青藏高原那曲地区MODIS地表温度估算［J］.遥感学报，2012，16（6）：1289-1309.
6	王惠民.基于MODIS的地表温度时空变化特征研究［D］.石家庄：河北地质大学，2022.
7	胡盼盼.基于MODIS数据的青藏高原2003-2020年地表温度时空变化分析［D］.北京：中国地质大学（北京），2022.
8	朱智，师春香，谷军霞，等.近10 a来青藏高原地表温度时空变化特征分析［J］.科学技术与工程，2020，20（10）：3828-3837.
9	康利刚，曹生奎，曹广超，等.青海湖流域地表温度时空变化特征研究［J］.干旱区地理，2023，46（7）：1084-1097.
10	邱丽莎，何毅，张立峰，等.祁连山MODIS LST时空变化特征及影响因素分析［J］.干旱区地理，2020，43（3）：726-737.
11	周刊社，罗骕翾，杜军，等.西藏高原地温对气温变化的响应［J］.中国农业气象，2015，36（2）：129-138.
12	钱大文，曹广民，杜岩功，等.2000-2015年祁连山南坡生态系统服务价值时空变化［J］.生态学报，2020，40（4）：1392-1404.
13	管延龙，王让会，李成，等.基于MODIS数据的天山区域地表温度时空特征［J］.应用生态学报，2015，26（3）：681-688.
14	Vancutsem C， Ceccato P， Dinku I T，et al.Evalution of MODIS Land surface data to estimate air temperature in different ecosystems over Africa［J］.Remote Sensing of Environment，2010，114：449-465.
15	付建新，曹广超，郭文炯，等.1980-2018年祁连山南坡土地利用地形梯度变化及其地形因子地理探测［J］.水土保持研究，2021，28（6）：371-381.
16	Zhao W， Duan S.Reconstruction of daytime land surface temperatures under cloud-covered conditions using integrated MODIS/Terra land products and MSG geostationary satellite data［J］.Remote Sensing of Environment，2020，247：111931.
17	程丹妮，王颖琪，程勇翔，等.新疆典型沙漠和绿洲植被-水汽地表温度相关性分析［J］.干旱区地理，2022，45（2）：456-466.
18	彭璐璐，李楠，郑智远，等.中国居民消费碳排放影响因素的时空异质性［J］.中国环境科学，2021，41（1）：463-472.
19	王劲峰，徐成东.地理探测器：原理与展望［J］.地理学报，2017，72（1）：116-134.
20	赵美亮，曹广超，曹生奎，等.1980-2017年青海省地表温度时空变化特征［J］.干旱区研究，2021，38（1）：178-187.
21	杨涵洧，封国林.2013年盛夏中国持续性高温事件诊断分析［J］.高原气象，2016，35（2）：484-494.
22	童珊，曹广超，闫欣，等.祁连山南坡2000-2020年植被覆盖时空演变及其驱动因素分析［J］.山地学报，2022，40（4）：491-503.
23	郭瑞，刘蔚，李宗省，等.祁连山甘肃片区土地利用变化特征及驱动力［J］.中国沙漠，2023，43（3）：188-198.
24	田浩，刘琳，张正勇，等.2001-2020年中国地表温度时空分异及归因分析［J］.地理学报，2022，77（7）：1713-1729.
25	Phompila C， Lewis M， Ostendorf B，et al.MODIS EVI and LST temporal response for discrimination of tropical land covers［J］.Remote Sensing，2015，7（5）：6026-6040.
26	Mostovoy V G， King L R， Reddy R K，et al.Statistical estimation of daily maximum and minimum air temperatures from MODIS LST data over the State of Mississippi［J］.GIScience & Remote Sensing，2006，43（1）：78-110.
27	郑诚蔚，邓晓红，李宗省，等.甘肃省河西地区水源涵养功能与人类活动强度演变［J］.中国沙漠，2024，44（1）：189-200.

[1]	杨华庆, 朱睿, 尹振良, 山建安, 张薇, 方春爽. 2001—2020年黄河流域水源涵养区植被覆盖变化及其对气候变化和人类活动的响应[J]. 中国沙漠, 2024, 44(4): 57-70.
[2]	申子傲, 吴静, 李纯斌. 2000—2020年河西内陆河流域植被覆盖时空变化特征及其驱动力[J]. 中国沙漠, 2024, 44(3): 119-127.
[3]	杜佳瑜, 刘宪锋, 孙高鹏, 李双双. 2003—2018年黄土高原植被光学厚度时空变化及其影响因素[J]. 中国沙漠, 2024, 44(3): 222-230.
[4]	易小雅, 张德全, 刘勇, 旭日干, 谢胜波. 2000—2020年内蒙古杭锦旗植被变化特征及其对气候要素的响应[J]. 中国沙漠, 2024, 44(3): 51-62.
[5]	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.
[6]	杨郭程, 毛东雷, 王敏仲, 张建涛, 潘红林. 塔克拉玛干沙漠腹地夏季稳定边界层高度计算与分析[J]. 中国沙漠, 2023, 43(4): 64-75.
[7]	赵亚洲, 李生宇, 王世杰, 范敬龙, 吴燕. 2001—2020年新疆风沙环境致灾潜力特征[J]. 中国沙漠, 2023, 43(3): 274-283.
[8]	尹振良, 冯起, 王凌阁, 陈泽霞, 常亚斌, 朱睿. 2000—2019年中国西北地区植被覆盖变化及其影响因子[J]. 中国沙漠, 2022, 42(4): 11-21.
[9]	邢丽珠, 张方敏, 邢开成, 李云鹏, 卢琦, 鲁飞飞. 基于RWEQ模型的内蒙古巴彦淖尔市土壤风蚀变化特征及归因分析[J]. 中国沙漠, 2021, 41(5): 111-119.
[10]	孙高鹏, 刘宪锋, 王小红, 李双双. 2001—2020年黄河流域植被覆盖变化及其影响因素[J]. 中国沙漠, 2021, 41(4): 205-212.
[11]	薛冬萍, 薛杰, 戴恒, 孙怀卫, 刘毅, 刘云飞, 桂东伟. 和田绿洲景观破碎化特征及驱动因素[J]. 中国沙漠, 2021, 41(4): 59-69.
[12]	任余龙, 李毅, 李红, 吴晶, 柳媛普. 地表能量平衡方程在新疆地表温度模拟中的应用[J]. 中国沙漠, 2021, 41(3): 137-146.
[13]	刘芳, 曹广超, 曹生奎, 杨羽帆. 祁连山南坡主要流域河水稳定同位素特征及补给关系[J]. 中国沙漠, 2020, 40(6): 151-161.
[14]	马立群, 刘廷玺, 王冠丽, 段利民, 韩春雪, 何韬. 沙丘差巴嘎蒿(Artemisia halodendron)群落与裸地土壤呼吸特征[J]. 中国沙漠, 2019, 39(3): 66-76.
[15]	刘慧, 李晓英, 姚正毅. 1961-2015年雅鲁藏布江流域降雨侵蚀力[J]. 中国沙漠, 2019, 39(2): 166-176.