（自然地理学专业论文）蒙古高原样带湿地遥感动态监测.pdf

中文摘要 近年来，有着“地球之肾”之称的湿地，其对于生态环境的特殊性 和重要性受到全世界的极大关注，湿地研究己成为当前国际上的热门研 究领域。 蒙古高原样带( 3 7 5 。5 2 。n 、1 0 4 。1 0 8 。e ) ，以其亚洲东部 的地理区位、温带大陆性干旱、半干旱气候、广泛发育的温带大陆性干 旱、半干旱景观等特点而成为一个独特的生态地理区域，它与中国东部 季风区、青藏高寒区和中国东北温带森林草原样带( n e c t ) 形成了鲜明的 对照。因此，探讨蒙古高原样带湿地动态变化，不仅可丰富全球变化研 究内容，而且可为蒙古高原样带湿地的开发、利用和保护提供科学依据。 本文利用研究区1 9 9 0 年、2 0 0 0 年两期l a n ds a t t m 遥感影像数据， 在野外实地考察基础上，应用3 s 技术，利用遥感影像目视解译方法，对 研究区1 9 9 0 - 2 0 0 0 年湿地动态变化进行专题提取。在此基础上，用动态 度模型和马尔科夫模型对研究区湿地动态变化进行了分析。并选取内蒙 古毛乌素沙地沙湖湿地、乌梁素海湿地和蒙古国土拉河中游扎木尔 ( 3 a a m a p ) 河谷湿地等3 个典型湿地，分别进行自动分类和动态变化的研 究，其研究结论为： 1 对蒙古高原样带2 0 0 0 年湿地现状进行分析之后，发现蒙古高原样 带湿地区域差异明显，蒙古国研究区北部地区湿地分布广泛，而南部戈 壁地区湿地分布范围很小；内蒙古研究区湿地分布较广泛。 2 蒙古高原样带湿地面积从1 9 9 0 年到2 0 0 0 年逐渐减少，减少率为 4 8 2 6 5 4 1 m 2 年。湿地总面积减少了5 3 0 9 1 9 3 h d 。其中河流变化面积为 9 5 7 2 0 0 9 1 m 2 ，变化率为8 7 0 1 8 3 h m 年；湖泊变化面积为2 0 1 4 7 3 8 h m 2 ， 变化率为1 8 3 1 5 8 h m 2 年；坑塘、水库变化面积为5 0 0 4 1 7 h m 2 ，变化率为 4 5 4 9 2 h m z 年；滩地变化面积为1 4 9 1 3 3 5 h m 2 ，变化率为1 3 5 5 7 6 h m z 年： 沼泽地变化面积为7 6 5 3 4 5 6 h m 2 ，变化率为6 9 5 7 6 9 h m 2 年。 3 利用1 9 9 0 2 0 0 0 年蒙古高原样带2 4 个气象站点逐年年均温、年降 水量和内蒙古研究区1 9 9 0 2 0 0 0 年逐年蒸发量、1 9 9 0 2 0 0 0 年内蒙古研究 区巴彦淖尔市、鄂尔多斯市、乌海市、阿拉善盟阿拉善左旗年末总人口 统计数据等气象、入口数据，分析了湿地动态变化原因，得出蒙古高原 样带湿地减少的主要原因是：年均温上升，年降水量下降，年蒸发量增 加；湿地资源的过度开发利用等等。 最后结合蒙古高原样带干旱、半干旱气候环境实际情况，提出了蒙 古高原样带湿地保护与可持续利用建议。 关键词：蒙古高原样带，湿地，遥感，g i s ，动态变化 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，t h ew e t l a n d ，w h i c hi sc a l l e d ”k i d n e yo ft h ee a r t h ”， r e c e i v e se n o r m o u sa t t e n t i o na l lo v e rt h ew o r l df o ri t sp a r t i c u l a r i t ya n dt h e i m p o r t a n c et ot h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，a n d t h ew e t l a n ds t u d i e sb e c o m ot h e p o p u l a rr e s e a r c ha r e ao n c u r r e n ti n t e r n a t i o n a l t h et y p i c a lz o n eo ft h em o n g o l i a np l a t e a u ( 3 7 5 。5 2 。n 、1 0 4 。- - 1 0 8 。d i sau n i q u ee c o l o g yp h y s i o g r a p h i cr e g i o nb e c a u s ei th a st h eg e o g r a p h i c a l p o s i t i o ni ne a s to fa s i a ，t h ec l i m a t eo ft e m p e r a t ez o n ec o n t i n e n t a la r i da n d s e m i a r i d ，t h el a n d s c a p eo fw i d e s p r e a dc o n t i n e n t a la r i da n ds e m i a r i d ，a n di t f o r m st h es h a r pc o m p a r i s o nw i t ht h em o n s o o na r e ai ne a s to fc h i n a ，t h eh i 曲 a n dc o l da r e ao fq i n gz a n ga n dt h ef o r e s ta n dg r a s s l a n do ft e m p e r a t ez o n ei n n o r t h e a s to fc h i n a 呷t h e r e f o r e ，i tc o u l de n r i c ht h er e s e a r c hc o n t e n to f g l o b a lc h a n g ea n dp r o v i d e st h es c i e n t i f i cb a s i so ft h ed e v e l o p m e n t ，t h eu s e a n dt h ep r o t e c t i o nf o rt h et y p i c a lz o n eo ft h em o n g o l i a np l a t e a ut od i s c u s e s t h ed y n a m i cc h a n g eo ft h et y p i c a lz o n eo ft h em o n g o l i a np l a t e a u w e t l a n d i nt h ei n v e s t i g a t e df o u n d a t i o ni nt h eo p e na r e a ，t h i sp a p e ru s e dt h et w o i m a g ei s s u e so fl a n ds a t t mr e m o t es e n s i n go ft h ea r e ai n1 9 9 0a n di n2 0 0 0 a p p l i e dt h e3 st e c h n o l o g y ，u s e dt h er e m o t es e n s i n gi m a g ev i s u a ls o l u t i o nt o t r a n s l a t et h em e t h o d ，c a r r yo nt h es p e c i a lt o p i co fw e t l a n dd y n a m i cc h a n g ei n t h er e s e a r c ha r e af r o m1 9 9 0t o2 0 0 0 a n a l y z e dt h ed y n a m i cc h a n g eo ft h e w e t l a n di nt h er e s e a r c ha r e ab yt h ed y n a m i cm o d e la n dt h em a r k om o d e a n d s e l e c t e d3t y p i c a lw e t l a n d st oc a r r yo nt h ea u t o m a t i cs o r t i n ga n dt h ed y n a m i c c h a n g er e s e a r c hs e p a r a t e l y ，w h i c ha r et h em a ow us us a n dw e t n e s s ，w u l i a n gs uh a iw e t l a n di ni n n e rm o n g o l i aa n dt h ev a l l e yw e t l a n do fz a m u e r 0 a a m a p ) r i v e ri nt h em i d d l eo ft h et ul ar i v e ri nm o n g o l i a t h ec o n c l u s i o n s a r e ： 1 a f t e rt h ea n a l y s i st h ep r e s e n ts i t u a t i o no ft h et y p i c a lz o n eo ft h em o n g o l i a n p l a t e a u w e t l a n di n2 0 0 0 ，d i s c o v e r e dt h a tt h e r ea r eo b v i o u sd i f f e r e n c e si nt h e m o n g o l i a np l a t e a u w e t l a n d ，t h ew e t l a n di nt h en o a ho ft h er e s e a r c ha r e a d i s t r i b u t ew i d e s p r e a d , t h ew e t l a n d sa r e ao fg o b ii sv e r ys m a l li nt h en o a h ， a n dt h ew e t l a n dd i s t r i b u t em o r ew i d e s p r e a di nt h ei n n e rm o n g o l i a nr e s e a r c h a r e a 2 t h ea r e ao ft h ew e t l a n do ft h et y p i c a lz o n eo ft h em o n g o l i a np l a t e a uw a s r e d u c i n gf r o m1 9 9 0t o2 0 0 0 ；t h er a t ei s4 8 2 6 5 4h e c t a r e s y e a r t h et o t a la r e a o ft h ew e t l a n dh a dr e d u c e d5 3 0 9 1 9 3h e c t a r e s t h ec h a n g e da r e ao fr i v e r si s 9 5 7 2 0 0 9h e c t a r e s ，t h er a t ei s8 7 0 1 8 3h e c t a r e s y e a r ；t h ec h a n g e da r e ao fl a k e i s2 0 1 4 7 3 8h e c t a r e s ，t h er a t ei s1 8 3 1 8 5h e c t a r e s y e a r ；t h ec h a n g e da r e ao f r e s e r v o i ra n dt h ep i tp o n di s5 0 0 4 1 7h e c t a r e s ，t h er a t ei s4 5 4 9 2h e c t a r e s y e a r ； t h ec h a n g e da r e ao fb e a c h p l a c ei s1 4 9 1 3 3 5h e c t a r e s ，t h er a t ei s1 3 5 5 7 6 h e c t a r e s y e a r ；t h ec h a n g e da r e ao fb o gi s7 6 5 3 4 5 6h e c t a r e s ，t h er a t ei s 6 9 5 7 6 9h e c t a r e s y e a r 3 a n a l y z et h er e a s o no fd y n a m i cc h a n g eo fw e t l a n db yt h ey e a ra v e r a g e t e m p e r a t u r e ，y e a rp r e c i p i t a t i o nf r o m2 4m e t e o r o l o g i c a ls t a n d so ft h et y p i c a l z o n eo ft h em o n g o l i a np l a t e a ui n1 9 9 0 - 2 0 0 0f r o m2 4m e t e o r o l o g i c a ls t a n d s o ft h et y p i c a lz o n eo ft h em o n g o l i a np l a t e a ui n1 9 9 0 - 2 0 0 0a n dy e a r t r a n s p i r a t i o nr a t eo ft h ei n n e rm o n g o l i a nr e s e a r c ha r e ai n l 9 8 9 - 2 0 0 0 ，t h e p o p u l a t i o nd a t ao ft h ec i t yo fb a y a n n a o e r ，t h ec i t yo fo r d o s ，t h ec i t yo fw u h a i ， t h ew e s t b a n n e ro ft h ec i t yo fa l s h ai ni n n e rm o n g o l i a nr e s e a r c ha r e ai n 1 9 8 9 - 2 0 0 0 o b t a i n e dt h em a i nr e a s o no ft h er e d u c t i o n o ft h ew e t l a n di nt h e t y p i c a lz o n eo fm o n g o l i a np l a t e a ui s ：y e a rb yy e a r ：t h er i s eo ft h ey e a r a v e r a g et e m p e r a t u r e ，t h ed r o po ft h ey e a rp r e c i p i t a t i o n ，t h ei n c r e a s eo ft h e y e a rt r a n s p i r a t i o nr a t e ，t h eo v e r d e v e l o p m e n ta n du s eo ft h ew e t l a n dr e s o u r c e s a n ds o o i l f i n a l l yu n i f i e st h ea c t u a ls i t u a t i o no ft h et y p i c a lz o n eo ft h em o n g o l i a n p l a t e a u a d da n ds e m i a r i dc l i m a t ee n v i r o n m e n t ，p u tf o r w a r dp r o p o s a lo fh o w t ou s et h et y p i c a lz o n eo ft h em o n g o l i a np l a t e a u w e t l a n ds u s t a i n a b l e k e yw o r d s ：t h et y p i c a lz o n eo ft h em o n g o l i a np l a t e a u ，w e t l a n d ， r e m o t es e n s i n g ，g i s ，d y n a m i cc h a n g e 内蒙古师范大学硕士学位论文 1 绪论 由于全球人类及经济迅速发展的过程中长期忽视地球环境的保护，地球生态环境 日益恶化，全球湿地丧失和功能退化成为突出的问题之一，由此所带来的生态环境影 响自然成为人类关注的热点。 湿地这一独特的生态系统不仅在净化环境、调节气候、改善人类居住条件等方面 具有重大作用，而且是众多动植物，尤其是濒危的鸟类、两栖类等生长栖息的地方。 湿地具有较高的生产力，同时湿地是生态旅游的胜地，具有极其丰富的生物多样性。 因此，这一独特的生态系统具有多种经济功能和生态服务功能，具有重要的应用价值 和科学价值。 湿地研究已受到国际社会的高度重视，成为国际生态学与环境科学研究的热点问 题之一。而且随着空间科技的发展，各种资源环境监测卫星的发射与运行为地表动态 变化研究提供了多平台、多光谱、多时相、大范围的实时信息，遥感技术已成为当前 人类研究地球资源环境的一种有力手段。2 0 世纪7 0 年代以来，不少国家成立了湿地 研究的专门组织，如美国成立了湿地科学家协会( s o c i e t yf o rw e t l a n ds c i e n t i s t s ) ， 加拿大建立了湿地工作组( w e t l a n d sw o r k i n gg r o u p ) 。中国湿地面积广大、类型众多， 从东北三江平原到海南岛的广阔土地上都有分布。过去由于对湿地研究的投人较少， 而且我国人地关系矛盾相对突出，湿地资源不可避免地受到了干扰和破坏，因此准确 掌握我国湿地资源的现状及其动态变化，对于合理利用湿地资源，保护其生态多样性， 维护湿地系统的生态平衡都具有重要意义。随着遥感技术的发展及g i s 对遥感信息处 理和分析能力的加强，遥感技术日益成为湿地资源宏观监测研究不可替代的重要手 段。近二十多年来，国内外利用遥感技术广泛开展湿地研究，取得了良好的应用成果 和理论发展。 湿地资源的开发、利用与保护已经成为影响人类生存、繁衍和社会可持续发展的 重大问题之一。湿地研究除其本身的科学研究意义外，对全球变化、国民经济建设、 可持续发展均具有极其重要的作用。 蒙古高原样带湿地遥感动态监测 1 1 湿地及湿地的主要功能 1 1 1 湿地的概念 湿地是地球上独特的生态环境。由于湿地介于陆地和水生生态系统之间的过渡 带，并兼有两种系统的某些特点，因此难以规划出定量化的边界，加上研究目的、学 科和国情的不同，以及人们认识上的差异，因而尚没有一个公认的统一的定义。目前 世界上的湿地定义也有很多种。以下列出几种具有代表性的湿地定义“1 ： 2 0 世纪5 0 年代，美国鱼类和野生动物保护组织非常关注湿地损失，及其对鱼类 和野生动物的影响，1 9 5 4 年该组织发起了第一次美国湿地详查，重点放在湿地对水 禽的重要作用性上。这次详查的结果结集出版了一本报告集美国湿地，通常称之 为。3 9 号通告”。这是最早的关于湿地的定义，且目前常常被湿地科学家和管理者 所引用，即“湿地是被浅水和有时为暂时性或间歇性给水所覆盖的低地”。他们常常 以下面的名称被科学家和管理者提及或引用：如腐泥沼泽、灌丛沼泽、苔藓泥炭沼泽、 湿草甸、塘沼、浅水沼泽以及滨河泛滥地。浅湖或浅塘通常生有挺水植物，作为其显 著特征，也包括在这一定义之中。但河溪、水库和深入湖泊等稳定水体不包括在内， 因为这些水体不具有暂时性。 美国鱼类和野生动物保护协会的科学家经过多年考察研究，又在1 9 7 9 年发表的 美国的湿地和深水生境分类的研究报告中，提出了新的概念：“湿地是处于陆地 生态系统和水生生态系统之间的转换区，通常其地下水达到或接近地表，或者处于浅 水淹没状态，湿地必须具有以下3 个特点之一以上的特征：至少是周期性地以水 生植物生长为优势；地层以排水不良的水成土为主；土层为非土壤，并且在每年 生长季的部分时间时水浸或水淹。” 当前，这一概念在美国最为广泛地被湿地科学家所接受，这一概念包括了对植被、 水文和土壤的描述，主要是用于科研应用。印度接受这一概念为官方湿地概念，美国 的一些州把这一概念作为立法概念。和“3 9 号通告”中湿地的概念一样，是美国湿 地分类和湿地综合详查的依据。 加拿大人在进行北方内陆泥炭地研究中提出了一种特别的湿地定义：“湿地系指 水淹或地下水位接近地表，或浸润时间足够长，从而促进湿成和水成过程，并以水成 土壤、水生植被和适应潮湿环境的生物活动为标志的土地。”加拿大的湿地定义强调 2 内蒙古师范大学硕士学位论文 了湿润土壤条件，尤其是生长季节的湿润土壤条件。 英国科学家定义湿地为“一个地面受水浸润的地区，具有自由水面。通常是四季 存水，但也可以在有限的时间段内没有积水，自然湿地的主要功能控制因子是气候、 地形和地质。人工湿地还有其他控制因子。” 日本有关学者认为：“湿地的主要特征，首先是潮湿，第二是地下水位高，第三 至少在一年的某一段时间内，土壤是处于饱和状态。”这一提法充分表明，日本当前 湿地界在湿地问题上强调水分和土壤，但忽略了植被现状。 关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约( 以下简称湿地公约) 中关于湿地的定义是一个无所不含的定义。也是许多加入湿地公约国家所接受的一种 定义，其内容是“湿地系指不论其为天然或人工、长久或暂时性的沼泽地、湿源、泥 炭地或水域地带，带有或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体者，包括低潮时水 深不超过6 的水域。”同时又规定：“可包括邻接湿地的河湖沿岸、沿海区域以及湿 地范围的岛屿或低潮时水深超过6 m 的区域”。3 。 我国湿地学者对中国湿地进行了长期深入的研究，对湿地概念也有不同的见解。 1 9 9 2 年，中国政府签署加入湿地公约后，在中国2 1 世纪议程中将湿地保护 与合理利用列为议程的优先项目，并于1 9 9 4 年由原林业部主持召开了。中国湿地研 讨会”，部署了全国湿地调查工作。在原林业部颁发的中国湿地调查纲要( 1 9 9 5 年) 和全国湿地资源调查与监测技术规程( 1 9 9 7 年) ，湿地的定义均采用了湿 地公约的定义。 1 1 2 湿地功能 湿地通常被人们称为“地球之肾”，亦有“物种贮存库”和“气候调节器”之说， 这些都从某一侧面概括了湿地的功能与作用。按照中国科学院南京地理与湖泊研究所 李文朝先生的总结，湿地功能分为生产功能、环境生态功能和科研、旅游功能。 ( 1 ) 湿地的生产功能 湿地地处水陆过渡带，又有与陆地相似的光、温和气体交换条件，并以高等植物为 主要初级生产者，是地球上生物多样性最丰富的地区之一，因而具有较高的生产能力。 供水 湿地供水方式有两种，一种是直接利用湿地水资源，另一种是间接利用水资源。 野生动物、植物生存汲水以及农牧区人民生活用水均为第一种湿地供水方式。直接利 蒙古高原样带湿地遥感动态监测 用方式多在水污染较轻的巴彦淖尔市、呼伦贝尔市和兴安盟森林及草原区湿地，如农 田灌溉使黄河灌区粮食生产产量普遍提高，河套地区因此赢得了“塞上江南”的美誉， 西辽河平原近年来大力发展灌溉农业，成为内蒙古东部地区“米粮仓”；间接利用湿 地水资源，即通过地表及地下水循环或进行必要的处理后加以利用。间接利用极为普 遍且与人们的生产生活密切相关，如工业上制糖、造酒等均离不开水，城市居民生活 用水，但这些应用基本是通过水循环和必要的水处理来达到目的的。 提供天然产品 湿地类型多样，因而，湿地所提供的天然产品也极其丰富。藓类沼泽可提取泥炭、 草本沼泽可供给药材或苇草及饲草原料，森林湿地能带给人类木材、果实、河流及湖 泊湿地可提供鱼虾等水产品。达赉湖湿地盛产鱼虾，现有鱼类3 1 种，平均年产鱼 6 0 0 0 7 0 0 0 t ：达里诺尔渔业总产值每年也在3 0 0 0 万元以上；辉河湿地每年产芦苇 1 0 万t 左右；乌拉盖湿地年产芦苇也在6 万t 以上：吉兰泰盐湖年产食盐7 0 余万t ， 足见湿地是生产力较高的天然产品源。 能源生产 湿地不仅能提供天然产品，而且也是能源生产基地。如利用泥炭薪柴转化能源用 于居民生活和工业燃料，这在内蒙古东部地区相当普遍。作为能源生产的另一个主要 方式就是河流湿地的水电发电，能够用于水力发电的河流主要分布于嫩江干流及右岸 支流，额尔古纳河、西辽河和黄河干流，其中以力量大、落差大的黄河干流河段居首 位。如现已建成的黄河三盛公水利枢纽北岸总干渠水电站，年发电量6 0 0 余万k w h ， 其次为嫩江干流及其右岸支流，如已建成的察尔森水库电站，年发电量为2 6 6 0 万 k w h ，以及红山水库电站，年发电量为3 7 1 2 万k w h ，龙口水电站，年发电量1 5 2 6 万k w h 。设计或待建的尚有万家寨水库电站、尼尔基水库电站、诺敏水能电站和文 得根水库电站等。 ( 2 ) 湿地的生态功能 包括调蓄功能、水质净化以及影响气候条件等功能。 调蓄功能 一方面湿地靠蓄水过程中的蒸发和渗透来调节水量，另一方面湿地依其植被来减 缓洪水流速，降低下游洪峰水位，尽管这方面作用不论是河流、湖泊还是沼泽地都有， 但其中沼泽地的作用最大。沼泽湿地是一个巨大的生物蓄水库，它能保持大于其土壤 4 内蒙古师范大学硕士学位论文 本身重量3 9 倍或更高的蓄水量。正因如此，河流、湖泊周围有较大面积沼泽地分 布，其水量容易持久保持一定程度的稳定，反之，则易受气候影响，出现季节性断流 或水位大幅度变化。人工湿地水库，可在3 月份之前枯水期腾出库容，为滞纳和调 节洪水提供空间条件，若遇到干旱，可利用库容水量为下游及周边地区供水，其调蓄 作用己不容忽视。 水质净化功能 水生植物具有促进湿地水体中悬浮的颗粒态无机物沉降的作用，也能通过植物的吸 收同化和生物沉积使湿地中溶解态无机物进入沉积物，这是一种极为重要的净化机制。 影响气候功能 气候与经纬度有关，亦于地球下垫面相关，湿地对气候产生影响，主要是影响气 温和大气湿度。比较典型的例子是雅鲁藏布江穿越雅鲁藏布大峡谷，把印度洋的温室 气流引入青藏高原，形成了峡谷内热带雨林景观。一般来讲，在内蒙古自治区有较大 湖泊湿地的地区气候湿度大、气温高，反之，大气湿度小、气温低。人工湿地显示比 较明显，察尔森水库的建立，其库区周围与建库前相比气温升高1 2 ，大气湿度 增加1 0 9 6 左右。 ( 3 ) 科研与旅游功能 科研与旅游功能是随着人类社会进步和科学技术的发展而显示出来的。 教育、科技基础 湿地最具有生物多样性，它给人类生存和生态平衡带来的作用，还有很多需要我 们去研究和探索，因而建立教育和研究基地，加强人类对湿地保护、利用与管理，显 得尤为重要。事实上该区有很多湿地已开展这方面的研究工作。如达赉湖鹤类研究已 持续多年，图牧吉的大鸨繁殖研究、科尔沁白鹳繁殖研究、鄂尔多斯遗鸥繁殖研究， 以及乌梁素海的鸟类种群变化研究等都取得了可喜的成果。此外，随着人们环境保护 意识的增强，广大民众也需要有一个受教育的场所，湿地就理当首选了。 旅游与休闲 内蒙古有许多重要的休闲和旅游风景区都建在湿地上，如达赉湖、达里诺尔、乌 梁素海、哈素海、岱海、黄河、阿尔山天池、温泉等均是以湿地为基础的休闲、疗养 和观光场所。通过项目开发可获得可观的经济效益。 5 蒙古高原样带湿地遥感动态监测 1 2 湿地遥感研究国内外进展 遥感数据( 如可见光、近红外、热红外、微波) 作为一种信息源，可用于提取地表 环境各类地学宏观信息，如土地利用覆盖类型及变化、土壤类型、植被生物量、水 土流失状况、洪水灾害、森林火灾监测等；在g i $ 、g p s 技术的支持下，利用遥感( r s ) 数据能快速高效地获取和分析全面、系统、真实的地表空间动态变化信息，能为资源 和环境的监测、优化管理、规划发展提供完整的决策依据，是资源与环境监测中的重 要技术手段和发展方向。 利用遥感技术对大面积湿地资源及其生态环境进行监测和分析具有显著优势。首 先，湿地区域地势平坦，应用卫星遥感进行湿地的宏观监测具有信息丰富、获取效率 高、精度高等优越性，能在短时间内获取湿地区域的实况信息，相对于传统湿地调查 方法能节省大量的时间、人力和物力；此外，利用遥感数据可以获取表征湿地生态环 境的各种特征评价因子，如可准确查明湿地类型、面积分布、开发利用与保护现状； 调查湿地生物多样性的分布及栖息地生境条件等。这对于定量研究湿地过程与发育模 式，湿地的演化规律，湿地系统结构与功能等等，具有重要的意义。 迄今为止，国际上己有大量的研究表明，在论证有关湿地的专题和空间信息等研 究中，遥感技术( 包括可见光、热红外、微波) 是一个强有力的工具。w a n i 等( 1 9 9 6 ) 0 1 利用i r sl i s s i i 遥感数据对印度的d a l 湖水体的悬浮沉积物浓度进行了遥感定量 研究。r c h o p r a ( 2 0 0 1 ) “1 等利用多时相的i r si al i s s i i 遥感数据对印度的 p u n j a bh a r i k e 国际重要湿地进行土地利用土地覆盖、水体范围及季节变化、水生 植被状态、湖泊水体的浑浊程度等方面的研究。加拿大的j e s s i k at o y r a 等( 2 0 0 1 ) 嘲 评价了s p c r r 和r a d a r s a ts a r 影像结合应用对于p e a c e - - a t h a b a s c a 三角洲淡水湿地 水体范围制图的潜力，还评价了不同入射角的r a d a r s a ts a r 影像对于湿地水体范围 制图的优越性。湿地资源调查与湿地生物量制图方面，在m s s ，t m ，s p o t 等光学遥感影 像上，利用植被光谱模型、植被指数反演湿地植被生物物理参量、定量估算湿地植被 生物量也有大量研究( h o u h o u l i sp p ，e ta l ，2 0 0 0 ) 6 1 op e d r ow a l f i rm a r t i n s 等( 2 0 0 3 ) ”1 应用l a n ds a tt m 和r a d a r s a t 一1 数据，对巴西亚马逊河流域b r a g a n c a 沿岸红树 林湿地，进行植物识别研究。i z a c h a r i a s 等( 2 0 0 4 ) ”1 应用地价变更定量法 ( q u a n t i f y i n gl a n d - - u s ea l t e r a t i o n s ) 和水文关联效果法( a s s o c i a t e dh y d r o l o g i c 6 内蒙古师范大学硕士学位论文 i m p a c t s ) ，进行湿地研究。 由于湿地光谱特征的空间特性和时间特性的变化较大，湿地与农田、森林具有相 似的光谱特征，各湿地类型之间也难以区分。当前，湿地光谱特征的研究仍停留在研 究单一湿地类型或某一区域湿地的光谱特征上( l y o nj6 ，e ta l ，1 9 9 5 嗍：童庆禧等， 1 9 9 7 “”) 。在湿地识别和分类方面，多波段复合法、多时相复合法、多源信息复合法、 基于专家知识的湿地遥感分类方法在国际遥感应用研究中都有涉及( m u n y a t ic 2 0 0 0 ) “”。但利用遥感技术及g i s 的支持进行湿地调查与监测并开展更深入的研究， 在我国则属于刚刚起步阶段( 孙广友，2 0 0 0 ) “”。如“八五”期间黑龙江测绘局进行的 “数字化测绘技术在湿地调查中的应用”项目中采用了遥感和g i s 技术，对三江平原 的主要湿地类型进行了调查。1 9 9 5 - - 1 9 9 6 年中科院沈阳应用生态所对辽宁双台河品 的自然保护区水禽的生境研究及景观设计中应用了遥感技术( 胡远满，t 9 9 5 ) “”。杨虎 等( 2 0 0 1 ) 3 应用t 妊- s a r 数据，进行黄河口沙咀湿地动态研究。李颖等( 2 0 0 2 ) “”应用 遥感和地理信息系统结合法，进行三江平原沼泽湿地研究。杨翠芬等( 2 0 0 3 ) “”应用 差分主成分分析法，进行辽河三角洲湿地研究。宁龙梅等( 2 0 0 3 ) “”利用马尔科夫模型， 进行武汉市湿地动态变化研究。张彤等( 2 0 0 4 ) “”利用s p c r r 遥感数据，进行崇明东滩 湿地研究。沈欣等( 2 0 0 5 ) “”利用多时相l a n ds a t 影像，基于中等分辨率的可见光一 近红外遥感影像生成具有较高精度数字高程模型方法，进行白洋淀地区湿地研究。蒋 卫国等( 2 0 0 5 ) 嗍以生态系统健康及压力一状态一响应( p s r ) 模型、r s 、g i s 相结合 法，进行辽河三角洲湿地研究。由于我国湿地类型多样，不同类型湿地之间差异巨大， 因拢，对r s ，g i s 以及g p s 技术在全国湿地调查与监测中的应用，尚需进行针对性的 试点研究。 归纳起来，遥感可以在以下几方面对湿地研究发挥重要作用“”： ( 1 ) 湿地资源调查、湿地景观生态制图、湿地分类与湿地生物量调查 传统的野外采样方法覆盖范围小，花费时间多，并且对湿地具有破坏性。遥感技 术作为一种综观，快速的获取地面环境状况信息的方法手段，利用多谱数据比较容易 判别土地覆盖及植被类型，如利用高分辨率的可见光、热红外、微波等多谱段数据， 可对湿地资源、环境进行调查与监测：可识别湿地周边土地利用情况及对湿地类型进 行精细分类。此外，利用g i s 建设湿地数据库，编制不同比例尺的湿地景观生态图， 可从另一侧面深化湿地研究；而g p s 的应用可以使遥感判读和野外调查中的定位变得 7 蒙古高原样带湿地遥感动态监测 方便快捷。 ( 2 ) 湿地景观格局变化对湿地过程的影响及其环境效应研究 湿地与全球环境变化研究是目前国际上湿地研究的前沿领域之一。水是湿地生态 系统中最活跃的驱动力因素，利用遥感数据对水体及地表含水量的敏感性，可以确定 湿地的边界范围及面积变化情况，这对于研究湿地的水文过程具有重要作用。 ( 3 ) 湿地功能与区域生态环境安全评价 利用遥感影像结合地面实测数据，通过建立相关模型可定性、定量地分析湿地水 体系统、陆地系统相互作用产生的调蓄洪水、调节气候、净化水质、促淤造陆等功能 的容量、强度与存在条件；分析湿地区域生态安全值，及在保护生物多样性、提供社 会公益服务和直接产品等方面的价值，为湿地的保护利用规划提供科学依据。 ( 4 ) 湿地生物多样性栖息地环境遥感监测 遥感图像用于生物多样性监测，其主要途径是分析遥感图像信息与生物生境特征 的关系，通过遥感图像信息去监测生物赖以生存和繁育的生境。因此，要充分发挥遥 感技术在生物多样性监测中的作用，关键是要摸清生境特征与当地生物种群的发生、 繁育之间的关系机理。研究中结合g i s 技术可将遥感数据与湿地生境特征数据及地理 数据进行综合集成和分析，从而提供决策支持。 ( 5 ) 湿地退化、重建与恢复遥感监测 面对人口与资源、环境的巨大压力、中国在5 0 一7 0 年代曾支持湿地的大规模垦 殖，不仅使湿地丧失、退化和污染严重，而且还导致了严重的自然灾害和生态环境恶 化等负面效应。利用相应时间系列的遥感数据可对湿地退化、恢复与重建进行动态变 化监测，为建立湿地优化管理模式，促进湿地的可持续利用等提供科学数据。 1 3 研究区概况及研究意义 1 3 1 研究区概况 1 蒙古高原样带概况 在1 9 9 3 年的g c t e 国际样带学术会议上。中国东北温带森林草原样带( n e c t ：n o r t h e a s t e r nc h i n a st r a n s e c t ) 被列为i g b p 的国际样带之一乜羽。刘东生先生在1 9 9 4 年p a g e s 国际学术会议上倡议设置p e p 一( 北极一赤道一南极) 嘲。 蒙古高原样带是在刘东升先生提出的北极一赤道一南极样带的内蒙古一蒙古国 8 内蒙古师范大学硕士学位论文 部分。其地理位置介于3 7 5 。5 2 。n 、1 0 4 。1 0 8 。e 之间，总面积为5 4 1 9 6 0 平方 公里。包括蒙古国的乌兰巴托市、戈壁苏木贝尔省、中戈壁省、色楞格省、达尔汗乌 拉省、中央省、南戈壁省等7 个省( 市) ，面积为3 0 8 9 7 8 平方公里；内蒙古自治区的 巴彦淖尔市7 个旗( 县、市) 、鄂尔多斯市8 个旗( 县、市) 、阿拉善盟阿拉善左旗、 乌海市等1 7 个旗( 县、市) ，面积为2 3 2 9 8 2 平方公里。根据高原地貌单元，以国界 为界限，可分为蒙古高原样带的北部地区( 指蒙古高原样带蒙古国研究区) 和南部地 区( 指蒙古高原样带中国内蒙古研究区) 。这些地区不仅存在大范围的戈壁和沙漠， 而且在 氐洼地完整地保存了湖泊( 包括盐湖) 、绿洲和河流( 包括季节性河流) 等湿 地单元，形成典型的沙漠( 戈壁) 一湖泊一绿洲三位一体的干旱区自然景观，为该地 区湿地动态变化研究提供了良好的载体。具体的研究区地理位置和自然特征如图1 1 和表l 一1 所示。 图1 1 蒙古高原样带地理位置图 蒙古高原样带湿地遥感动态监测 表1 1 蒙古高原样带概况 研究区自然概况4 “ 气候：蒙古国饼艽区匹离海洋，凹回虾山，地处温带纬度区内辽阔大陆的中 部，年平均气温川6 3 9 。c ，1 月平均气温为- - 1 5 - - 3 5 c 。冬季干旱且寒冷， 往往形成灾害性天气。在夏季，受到夏季风的影响很少，7 月平均气温为1 7 1 8 1 2 ，8 0 9 0 降水集中在夏季。相对湿度3 0 7 0 5 ，出现干旱且高温特征。 地表水和地下水：蒙古国研究区的主要河流有色楞格河、鄂尔浑河、土拉河 等。地下水在蒙古人民共和国的经济中，特别是在牧业生产中具有重大意义。 蒙 土壤和植被： 蒙古国地处西伯利亚原始森林和亚洲中部荒漠之间的过渡地带。 古 杭爱一肯特山地的绝大部分是各种类型的栗钙土。在杭爱一肯特山地以南的 地区，栗钙土与淡栗钙土和戈壁棕钙土成复合区。自栗钙土和淡栗钙土区以南( 大 国 致在北纬4 6 。以南) 是戈壁棕钙土和盐土的复合区。 森林草原地带包括杭爱一肯特山区。草原地带包括杭爱一肯特山区以南的地 研 区，草原化荒漠地带包括南部戈壁的大部分地区。戈壁地区也有个别的荒漠地段。 究 在河谷地区，尤其是在鄂尔浑河和色楞格河许多支流的两岸，经常可以看到 混生着白杨、柳树和稠密的灌木丛。这些河谷灌木丛能保护水土，防治洪水的危 区 害，具有生态价值。 在戈壁地带生长着一些适应干燥环境的植物，如猪毛菜、短叶假木贼( 盐生 的) 、多根葱、蒙古葱、戈壁针茅等各种植物。 在蒙古北部森林草原地带的山坡顶部有一些面积不大的高山牧场，主要生长 苔藓、地衣、苔草，分布于高山草原地带。还生长着灌木丛、禾本科植物和杂类 草。 气候：内蒙古研究区地处中温带的大陆内部，季风环流过渡带，地貌上为平 均海拔千米以上的高原，因而水热条件均较同纬度的东部地区差，热量虽多，但 内 降水稀少。年均温低于5 一3 。夏季降水占全年6 0 以上，降水量从鄂尔多斯 高原地区的3 5 0 4 5 0 毫米，下降到巴彦淖尔市北部地区的2 0 0 毫米以下，阿拉善 蒙 地区不到1 0 0 毫米。 土壤、植被、动物： 古 鄂尔多斯的东部广大的高原地带栗钙土，典型草原植被以大针茅、羊草、克 氏针茅为主。动物有黄羊、鼢鼠、巴氏田鼠、沙鸡、雀鹰、蒙古兔等。鄂尔多斯 研 西部、巴彦淖尔市的高原地区分布有棕钙土荒漠草原，土质普遍沙化、砾化。植 被以小针茅、藏锦鸡几为主，覆盖度1 5 3 0 ，动物以沙鼠、仓鼠、跳鼠、沙狐为 究 主。阿拉善高原分布漠钙土荒漠，土壤砾化、砂化严重，灰白色钙基层厚达8 0 1 0 0 厘米，植被以梭梭、沙枣、柽柳、白刺为主。 区 水文：内蒙古研究区主要河流有北部大部分是内流区，南部是黄河和黄河支 流，湖泊有内蒙古西部最大的淡水湖一乌粱素海，内蒙古自治区最大的盐湖一吉 兰泰盐湖，毛乌素沙地湖泊，腾格里、乌兰布和沙漠湖泊等。 l o 内蒙古师范大学硕士学位论文 1 3 2 研究意义 1 陆地样带是i g b p ( 国际地圈一生物圈计划) 全球变化研究最引人重视的发展领 域之一。它由分布在某种具有控制生态系统结构的一系列生态实验站、观测点和样地 所构成，进行一系列综合性的全球变化研究。样带是用空间代替时间，从小尺度的过 程研究到区域性与全球水平研究的结合，这是获取关于全球变化信息及其深入理解的 重要方法。这种跨尺度的藕合是全球变化研究中最富于挑战性的任务之一。另一方面， 样带被证明是促进与加强i g b p 各核心计划( c o r e p r o j e c t s ) 间协作的一个有效手段。 此外，由于样带能使不同学科领域与不同单位及国家的研究者在同一地点进行工作， 因而能共用研究设备，便于学术交流与融合，是一种资源节约型与增效型的科学手段， 可望得到最大的研究效益啪。 2 样带研究兴起的原因 样带研究近几年在国际地圈一生物圈计划( i g b p ) 的各个项目中广泛应用，究其 原因，主要有以下几个方面汹1 ： ( 1 ) 沿着某一驱动因子的梯度设置的不同站点的对比研究，将比一般的对比研究 更能揭示出该驱动因子如何影响控制生态系统的结构和功能。 ( 2 ) 沿着某一环境因子梯度的生态系统层次的实验研究可以用于分析这个潜在的