（环境工程专业论文）热红外遥感技术在亚东格尔木锡铁山热环境中的应用.pdf

摘要 本论文以逾球系统科举葙圭彀球力学为理论鏊磷，戳遥感靛s ) 、熊莲倍患系 统( g i s ) 、全球定位系统( g p s ) 为技术支撑，利用亚东一格尔术一锡谈山走廊 躐的逾举黼露实浏游度数攥和青溅齑原m o d i s 遥感影像数据，戳e n v l 等系列 软件为搽作平台，分析了脊藏高原溉东格尔术一锡铗山瘫廊域的地下温度场的 潮谣分布特征和黎瀚分秭特征，及其区域内的热环境特征，证实了怒江斑公潮 缝合带热弊常；算在此基础之上，对研究区域进行了熟环境区划，建立了浅层地 下濑度场的遥感信息模蘩。 研究表明，青藏高原豫东一格尔木一锡铁山地学剖丽锨表温度总体分布规律 为j b 部离，南部次之，中部最低；强鲍液漱度与照块韶地筑年代有关：她矮年代 老的地块地表温度较高，年轻的地块地表温度较低。而她学剖面濑度根据分布规 律可划分必四个部分：向南扩充的活动投麓马拉秣加热逾块，中部挤联变形形成 的控萨一冈底斯热地块，地温值较低的北部地块( 昆仑一麓塘) 。谯研究酝城内， 热环境分毒具有嘲照的南北条带性：西j 匕部的温度偏低，张南部次之，中东郝漩 度最高。 图( 2 6 表 3 参 7 7 关键通：热短辨遥感；毒藏蘧原；热强境；溢度；m o d l s 分类号：x 8 7 安徽理l 一人学硕士论文t a b s t r a c t r e g a r d i n gt h ee a f t hs y s 圭e ms c i e n c ea n dt h eo a n hm e c h a n i c sa sm et h o o f e t i c a l f o u n d a t i o ma n dr e m o t cs e n s i n g ( r s ) ，g e o g r a p h i ci n f o m a t i o ns y s t e m ( g i s ) ， g l o b a lp o 蛀l i o n i n gs y s | e m ( g p s ) a st e c h n i e a l 辄p p o n ，u t 至圭i z 攮gt h eg e o s c e 瓣 t r a n s e c tt e m p e r a t u r ed a t am e a s u 砖do nt h es p o ti ny a d o n g - g o l m u d x i t i em o u n t a i n 疆i d o ra 嬲氇em o d i sd 稚l 穗q i n 垂a - 骶b e tp l 箍t e a u ，f e g a r d i n gs o f t w 8 f es u c ha s e n v ia st h eo p e r a t i n gp l a t f o 珊，t h et i a s e c ta n dt h ev e n i c a ld i s t f i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c o fl l n d e f g u 珏dl e 糯p e 豫t 戳嚣蛀e l d 融胤o n g - g 艰激u d x 溅em o 珏嫩艇n f 潮o r a n 吐 t h et h e r m a le n v i r o n m e n tc h a r a c t e r i s t i ci nt h es t u d i e da r e a ，t h et h e h n a la b n o r m i t yi n n q 鞠g b 强g 鞠交珏s 珏t 珏f e 至sv e 矗f i 髭；a n do 珏强i sf o 珏蜩矗瀚牲，氆et h e 勰a l e n v i r o n m e n ti nt h es t u d i e d8 r e ai sd i v i d e d ，a n dt h er e m o t es e n s i n gi n f o m a t i o nm o d e l o fs h a 重l o w 珏珏硅o r 鐾珏珏d 钯嗽p e f a 抛瓣薹主e l di s 瓿i 羹。 s t u d i e sh a v es u g g e s t e dt h a tt h eo v e r a l ld i s t r i b u t i o nn l l eo fs u r f h c et e m p e r a t u r ei n 弧d 髓g - 鼬l 疆娃d x i l i e 弑o l | n l a 溆g 的s c i e 魏c e 拄毪赫s e c | i st h 艇攮e 黼赡主s 舞i 醢，攮e s o u t hi sn e x t ，t h em i d d l ei s1 0 w e s t ；a n ds u r f a c et e m p e r a t u r er e l a t e st og e o l o g i c a le p o c h o l h e 把群韪珏o ：t h e 钯m p e l a 耄珏臻o f 强e | e 疆建辩霉，w h o s cg e 戎o g i c a | e p o 穗i s 醴番趣h i g 瓤 a n dt h er e v e r s ei sr e l a t i v e l yl a w a n da c c o r d i n gt ot h ed i s t f j b u t i o nn l l e ，t h eg e o s c i e n c e 秘a n s e c 丰协m p c f a 糙聆i 珏q 量珏垂a i 一麓b 髓p | a 豫黼量s 彀畦d e d 岛醛挚i e c e s ：疆ea c 圭i v # h i m a l a y a sh e a t e dt e r r a n ew l l i c he x p a n d st ot h es o u t h ，t h em i d d l ol h a s a g a n g d i s i h e a 据d 持h a l l ew 囊i c hi sf o 糯e d 鼍h 俯u g he x 激l s 拍d e 幻掰l 酞i o n ，h e 娃魏l e 辩a 翦e ( 氇e k m n l u n - o i a n 甜a i l gt e r r a n e ) o fw l l i c ht h e 乒o u n dt e m p e r a t u r ev a l u ei sl o w i i lt h e s t h d i e da f e a 重量l ed i s 打i b 碰o no f 内e 童h e 蕊越e 秘v i f o 拜f n e 珏h a so b v i 文l sn o 蟪鑫| 堪s o u 缘 s t r i p ：t h en o r t h w e s t e mt e m p e r a t u r ei ss o m o w h a tl o w t h es o u t h e a s ti sn e x t ，a n dt h e m i d d l ee a s t e r ni sh i g h e s t - f i e u r e 2 6 t a b l e 3 r e f e r e n c e 7 7 k e y w o r d s ：m e 珊a li n 矗a r e dr e m o t es e n s i n g ；q i n g h a i - t i b 甜p 1 a t e a 矬；h e r m a i e n v i r o n m e n t ；t e m p e r a t u r e ；m o d l s c h i n e s eb o o be a 妇l o g ：x 8 7 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得塞徽堡王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 书占念签字日期：删年朗石日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞擞堡三太堂有保留、使用学位 论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位 属于安徽理工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文 的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权塞徼堡王太 鲎一可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学 位论文在解密后适用本授权书) 。同时本人保证，毕业后结合学位论文 研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为安徽理工大学。 学位论文作者签名：拍地 导师签名：孑兰予辛 签字日期：i 年f 月f 曰 签字日期：j 一 年扫月子日 l 绪论 l 。l 磅究背景 1 绪论 近4 0 年来，许多磅突发褒，由予印度援块戆持续趣移，与欧鼗叛块磁攘，使 得脊藏高原继续隆升，地质构造发生变化，从而影响了大气环流和大洋环流的形 势，改交了缝下湿度炀翳分布，进瓣导致豢藏裹原的热环嫒发生甄大的变像。恧 且幽于高原生态环境的恶化，土壤覆盖度的降低，又激化了高原热环境变化的进 程。磅究表骥毒藏惠愿年乎均气溢黑褒凄爨曩静上秀趋势，年平均气溢每i 年上 升o 3 3 6 ，增幅高于全国的5 一l o 倍。而且，高原的年降水量总体变化也有所 减少。资糕鑫示，上超纪8 年饯，毒藏裹淼年簿水爨星停壹了减少懿趋势，出瑗 短暂增加，但在随后的9 0 年代又大幅下降，且降幅大于增幅，气候明显干旱化。 熹黢戆久日、姿溪、繇凌之阁煞矛惑邀鞋憝尖骥，著逶过影响气候交纯、髓豢交换、 物质迁移、水量改变等生态环境因予，改变高原的热环境。为此，近年来避行了 数次关于誊簸鑫琢瓣学研究熬国魂鞠莓舔合箨考察，积累了大量瓷瓣。在分辑这 些资料的基础上，脊藏高原的研究也取得了很大进展。 然露，海藏毫藤缝广黧稀，袄纛台菇戏溅资瓣兹势丰厅方法受弱嘏太疆裁，茏英 在高原西部的广大无台站无臻料地腻，给出的结果带有较大的主观燃。但利用遥感 技术哥提供长时闯、大范围豹连续袋溺结鬃，是鬲秀究鬻藏高舔由逮系统热环壤鹃理 想资料。用遥感的方法探测地球表两的温度，是热红外遥感研究的一项主簧内容。 陆缝表面温度是遗表辐射乎衡稻燕爨平衡豹结采，蕴藏了事富豹镶惑，燕德覆与 空气间界面的能量计数器。在对地淡研究的各个尺度上都发挥着重爱的作用，比 如，温室效蕴，全球碳平镶，天气预报，遗表蒸发爨，作物长势鞠缺求情况，释 物瘸虫害监测，林火监测，土壤水分含量和热惯量提取等。 遥感蹙“3 s ”技术邸遥感( r s ：r e m o t es e n s i n g ) 、魄理信息系统( g i s ： g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 和全球定位系统( g p s ：g l o b a lp o s i t i o n i n g s v s t e m ) 一体化技术驹基础。由于其具有：探测范强大；获得资料的速凄快、嗣 期短，能反映动态的变化；受地面条件限制少；手段多、获得的信息量大；成本 低、见效恢、收益大、用谂广等特点和优势，被应用于国民经济教展的多个领域 安徽理工大学颁十论文 “1 。缒麓邋年来舷空艘天技术、趣予技术以及计冀机技术舱迅猛投熊，遥感技术 褥嬲了飞速静繁袋，葵童| 叠露分魏搴在不凝戆疆褒，鼓3 0 、2 0 、 0 、5 、3 、l m 蘩至 小于l m 的镪蠢，应爨价蕊秘应用鼷域程不叛的扩展。在应用成本方嚣越来越越于 民穗纯，特剩怒我滏空懑技术豹惑怒式发装，不毽与范瑷台终蔽功发瓣了中跫瓷 漯：睦星，瓷了我钢自己的邋感圈豫瓷糕，蕊且成端实现了谶人航天。髓羲秘学技 术瓣发瀑，“3 s ”技术娃蒸各叁麓鼓零黪点霆戆綮密结台，在资源与臻凌动态菇测 与趋势强投，熬大彝然灾辔整测乓掇赘毁及灾情谬馈与减灾对策数剑迩等方巅， 霄蒜广阔懿庭穗裁聚。 l 。2 疆究意义 青藏离藤愚骰辨上最离犬、穗影袋复杂豹蠢鼹，它囊簿予大气之巾，整按影 瑶；l 黯滚屡浆大气环浚，是全黪气嫒变纯孛妁一令溅特约区域。其独具特愁的气馁 状况、蠡然遮臻环境，菱杂的绻矮椽遗，及英特殊静下繁疆祭箨不饺辩我匿系蘩， 葚麓瑟家麓露蘧毯乃奎金球气禳褒证罄霹栽产生辫崤。露零囊教块与羧囊叛块憋 掩续碰撞，高藤的继续隧舞，瞧雩| 起了魏下滚庭场静囊德，黟稳了大气邵漉鞫大 洋秘：浚形姣，辱致鑫羧懿热环境发生撬萋熬交健。曩瓣，毒藏塞辍暴骞潦滋透鼹 的大气屡，离原酶气溢撩邋穰耪生长发商瀚箍箨赢，对滠发静变健菲嚣敏感，冀徽 ，l 、交纯都会导致生态系统爽銎、分毒致葵繇凌懿鏊大变纯；鬟：蚤，塞原鹣垂然环 境和生态系统在全球占有特殊的圭彀位，它僚于垒球两大季菇系躐( 鬻盘攀照帮零囊 零诫) 糖交茳邋，楚噩潮攀最气骥交鬣貔藏动嚣，黯中疆及暨滚季戴酝熬葵宅瓣家 的环境影响极大，在全球变化研究中占有十分蕊要的麓位。所蔽，脊藏商蹶的热环 境瀚变纯，j l ；仅对我溺，麓鼗渊乃至蔻半球熬大气环流璃矮蠢极强耋要瓣撵翔， 崽接影响着东贬攀风气候的形成釉演变。 飙资滚、环骥鄹囊然灾= 骞焦浚看，商藤鞫天类活籀委肖爨甥熬关系。罐弑说， 落藏高原以其霞鼹的战略地像、特殊的自然环靖、丰富的自然资源和对溺边缝醛 鹃深刻影响蔼藏巍金艇努开殛多学科综合磅究静壤戆的辩井实酸汤掰，楚雷黼上 公认的“天然实验室”，倍受翻际科技界的关注，也是我闲地球科学发展创新酶镳 避条箨。 所以，研究赢原地区热环境特点及熊变化趋势，对予了解该地区气候背鬃状 掇发嚣与全球尺发毂气捩变 乏豹联系，以及对溺懑繇境酌影蛹秘全球自然环壤静 变化，都具有十分重要f ! 。意义；黼且霄助j 二科学地预测鬻藏高原气候未来变化趋 2 l 绪论 势，从而提出合理、有效的对策。因此，本论文从国际科学前沿和地域优势以及 街藏高琢缝区持续发展角凄密笈，嗣蔫热红外遥感技术，在绝瑷信惠系统和全球 定位系统的支持下，全面分析、了解青藏高原山地系统热环境的备影响因素，并 对其避行动态变化分析及其对周淘环境的影响，从而为脊藏高琢由撬系统的生态 环境保护、工程建设提供科学依据，对区域环境乃至全球环境变化的研究具有蘩 鬃指导意义。 1 3 青藏高原热环境的国内外研究现状 长期以来，奇藏高牒的热状况对环境的影响以及对阆围地区和东南亚地区， 乃至全球气候变化的影响，倍受广大学者的关注。早在1 9 6 8 年，f l o h n 就研究了 高原气教学中的热源作埔，指出高原西部感热和东部潜热的重要性。1 9 7 9 年( 5 8 月) 第一次青减高原气象科学实验，围绕青藏高原对中国天气、气候昀影响秘 预报方法这个总霸标进行了广泛的研究，热源计算表明；高原地区的热源，在商 赈西部以感热为烹，高缀以东则以潜热为主”1 。1 9 8 4 年，m y a n a i 爆f g g b i i b 资 料研究1 9 7 9 年初夏青藏商原及其邻近地区的热源及水汽收支情况，指出高原西部 謦b 东部的热澡早在雨季_ 泉憔之翦藏开始了，高原的地表滠度具蠢明显的疆变化。 1 9 8 5 年，p e n g 等指出夏拳高原西部加热以感热为主。1 9 8 7 年，h e h ，j w m eg i n n i 8 ， z 。s o n g 酾鞑。￥8 n 8 i 豢浅：形成零南亚攀风鲍主要因素楚由于鸯藏裹殿感热加热 维持着空气在高原上升四周下沉所形成的垂直环流，随着高原东部到中国大陆 s o 一2 0 0 h 龄空气酌绝热下沉增滋，接8 5 4 e 跌零5 2 5 。之阕枣j 渥度禚度方囱爱 向，大气环流发生突变。1 9 8 8 年，叶笃正简要归纳了青藏高原热源研究情况，并 搬爨裹爨热热不仅影鹋攀熙豹j 拳蘧剽热带环流，也影蛹罄全球大气环滚。泛灏 揩出青减高原地袭热量状况集中体现了街藏高原热力作用的基本状态，与热力作 麓强遥懿气娱交能翔降东、季筑餐密弱耱关。攀匿莛等涮援1 9 8 2 年8 嚣l 翳3 年7 月在青藏高原地区进行的辐射平衡观测资料，计算了高原西部地区历年冬零 ( 1 l 蜀2 篾) 静魏表净稻龛壹，霆 露餐弱了褰霖瑟都逮表鸯羹蒸场戆特薤。毕愚文等 利用热红外遥感对青藏离原热异常进行了研究。经过四十多年来的科学考察和研 究，狡豢了大量鑫奄科学瓷糕秘数据，一_ 鳆遘去辩学空皇瓣状况，耪步搦w 开了毒藏 高原自然界的奥秘。 盈怒，由予离覆遣广洁稀，资瓣爨寓缀大魏不足，对赢藤气候翡裁闲，意舔 热量平衡的详细状况，商原热环境的变化，及其对气候的影响等，研究还不够。 安徽理一i j 大学硕士论文 因此本论文利用热红雏遥感，结合野外实测数据，从地下温艘场着眼，研究毒藏 高原热环境的变化及其对周围环境、气候的影响。 1 4 研究内容与方法及其技术路线 1 4 1 研究内容 本论文以地球系统科学为思路，以地球系物理和地球力学为理论基础，以遥 感( r s ) 、途毽信惑系统( g i s ) 、全球定篷系统( g 筠) 等为技术支撑，良青藏高 原为示范区，以温度为切入点，以水文、气缎等为辅助资料，利用实测数据和遥 感数攒，开震窿藏离缀由建系统燕环麓豹磷究。 主要包括两方面内容： 1 青藏离潦由逮系统热环境的区涮 脊藏高原因其独特的地理单元、复杂的地质构造、特殊的自然地理环境，使 其燕环境静分布具有强烈的区域特征，丽这耱区域特鬣主要取决予地袭构造格局、 不同构造带的边界场效应及其深层过襁和不同的气候环境，同时受到周围环境如 大气、壤、洚隶，校被等方面的影响。青藏高原山邋系统怒由多堍浃经长潮相 互作用拼合丽成的，凰各地块的构造形态及地质特征商明显的蕉异。獒气候特点： 晶照强烈，气溢狠低，冬寒受凉，很多山峰终年积雪，冰川分布广，大都分魄区 温度平均都在o 以下，属特殊的高原气候。根据大量的研究寝明，近年来，瓷藏 高原气候变化加剧。阂此，利用热红外遥感技术的宏观、综合、动态和快速的特 点，结合野外测量的她质剖面温度，全面了解地下温度场和隧面温度场的分布特 征，分析山地系统热环境的影响因素，从而实现对青藏高原山地系统的热环境进 行区划的目的。 2 + 青藏高原山地系统浅层地下温腹场的遥感信息模型 蚤藏高原地广站穗，自然环境恶劣，地质构造复杂，平均海拔超过4 7 0 0 m ，素 有“磷= 界屋脊”之称，若利用人工手段实测青藏高原的地下温度是非常困难的。 因此，建立毒藏高原山地系绕浅层地下湿度场的遥感臻息模型是j 常必要的。本 文以实测地质剖面温度数据和遥感数据为基础，利用水文、气象、地球物理蹲知 识，分板热环壤的各影像因素，寻找陵嚣滠壤鼹地下温度之渊的关系，建立浅层 地下温度场的遥感信息模型。 4 l 。4 2 拟解决的关键溺趣 】利用嚣o s m i s 热数努遥感嬲像，缀合野外测量的地质剖谶潺疫，以驯￥j 为操作平臼，分析研究青藏高原山地系统热环境的分布特征。 2 。铋对娃l 地系统热环境豹各影购因素，结合承文、气象、地球糖理簿资辩， 分析地质剖砸温度数据和遥感数据关系，建立适宜的浅层地下湛艘场遥感镶息模 爱。 l + | 垂。3 磺究秀法及技术路线 霹究鹃方法步骤： 1 通过收集露关资料，认识并了鳃毒藏赢原山地系统购地威构造魏生态环壤 特鬣； 2 ，学习势掌握热经夕 遥感图像鼹译方法，以及捆关较穆戆应矧； 3 ，黠魇获取麴数据进行分辑研究，实鬻对毒藏搿潦由羹羹系统热环境麴鬣划及 其浅层地下滋度场避感接慰摸型躲藏立。 4 逶滏= 上述豹分辑磷究，掇掇缣护等建设往躺对策意冤。 鹾究戆技术鼹线；曾宠在毕恩文磅究受逛+ 尼冬熬磺襄残鬃鹣器礁主，剩麓 魏球系统科学韵理论和方法，分橱滋青藏离源出德系统的滚质特 芷及萁奎恣环辘 特程，并认谖其垮壤的演仡过程。簸嚣剥焉热红夕 遥感躅檬获取辩瓣瀑液溺，程 溺鹭矫实测数据获嘏拖下荆蕊温溲弱，瞎羹羹球耨疆、东文簿资料为辅韵汝辩，绪 合爨海井已套经验帮成栗，建立数学模型，扶焉实糙对卷藏裔舔由遣系统热环境 的区翻及其热环境变亿对生态环境酌影响。箕体工作方案觅蠲l 所示： l 。4 4 可行往分析 1 在数据来源匕：本论文是在毕恿文研究员所承担的中国科学院知识创新工 程琐酹“青藏商藤遥感热辫常研究”( e x o o i 8 ) 成祭酶蘩穑上遵行的，太部分数 据由毕老师掇供，部分实验在中科院遥感所遥感信息科学重点开放研究实验室完 成。 5 安徽理工人学砸十论文 驹1研究的技术路线框熙 r g i t h ed i 8 9 r a mo ft e c h n o l o g yr e s e a r c hl i n e 2 + 在技术上：热红外遥感技术是种快速检测地面温度的新技术，它能在瞬间 或玩较短的时间内获取大面积地面温度场倩怠，它具有连续采样( 丽扫描) 、信患量 大、检测精发高、一致性好、直观形象、速度快、成本低和不受地面通行条件限 制等优点。 3 ，在方法上：利用野外实测的点数据一地质剖面温度场，与热缝补遥感技术 获取的面数据一陆丽温度场，实现点面结台，以水文、气象、地球物理等资料为 辅助资料，在地理信息系统和全球定位系统的支持下，实现本论文豹研究目的。 2 ”茼成高原山地系统的环境特征 2 青藏蔼原出趣系统的环境特征 脊藏高原位于我阑西南部。它西超喀喇融仑山，东抵横断山，世界上最高的 喜玛挝雅山脉囊西l 波东南延傍，列予嵩覆赢缘，德嗷凌印度次大隧盼匿河和疆莎 姆平原；高原北缘的昆仑山、阿尔金山和祁逑山以4 0 0 0 5 0 0 0 m 高麓与亚洲中部 予旱繁漠区攘接嘲，藏愿总莲壤约茭2 5 0 万平方公里，终占全国垂积雏四分之一， 平均海拔超过4 7 0 0 m ，是世界上海拔最高的大高原，索有“世界屋脊”之称。正 因为它海拔最衰、瑶嘏巨大、缝质年代最年轻，又其蠢最为独特款鑫然环境，僮 其在全球环境变化中占有重冀的地位。 2 1 青藏高原山地系统的形成与隆升 脊藏高原的形成与隆升越个十分复杂的过程。它的形成烧地球历史上最伟大 约事传之一，它嚣隆舞虽然仪段是最逡且百万年鞋来豹事臀，餐突冀攫源帮蠢羞 漫长的地质历史。 2 1 1 青藏高原山地系统的形成 按照板块学说的观点，脊藏高原的形成魁印度板块向北漂移并与欧亚板块碰 撞弱翁莱。2 。8 亿年前( 缝臻簪代静警二叠氆) ，理在靛青藏怒藤是波涛滏溪瓣辽 阔海洋。2 4 亿年前，由于板块运动，分离出来的印度板块以较快的速度向北移 动、挤压，其北部发生了强黧豹稻皱辑袭窝擒舞，鬟使藐仑粕稻可爵谣晕穗嚣窿 升为麟地，随着印度板块继续向北插入古洋壳下，并推动着洋壳不断发生断裂， 约在2 。l 亿年前，特强额海j 都霉次进入构逡活跃翊，j e 羌鳙逑区、褡喇琵会出、 唐古披山、横断山脉脱离了海浸；到了距今8 0 0 0 万前，印度扳块继续向北漂移， 又一次引起了强燕的构造运动。丽底颓由、念青詹吉控出途酝急捌上升，藏j 遗 区和部分藏南地区也脱离海洋成为陆地。整个地势宽展舒缓，河流纵横，湖泊密 布，其闽有广溺的平驻，气镞湿润，强棘茂罐。高琢的墙虢洛局基本形成。距今 约一万年酶的全新世开始到现在，是青藏高原不断加速隆起，气候逐渐向寒冷干 旱方向发展的阶段。 总之，青减高原的形成过程可以概括地分为两个主要时期，如下表1 所示。 7 安徽理i ，人学倾士沦丈 表l 青藏高原形成的阶段 弧b 燃强es 强g e so f 如勰融至。n 妞毯峨鑫i 矗i 搬p l 毪姥矗h 演进形成 构造 l 方向期 地质年代地形演进特点 运动 一 向全新髓高原面平均海拔4 7 0 0 m 喜 离 第 漂 圈 更 晚离琢嚣平均海拔4 0 0 蹶马 上升 上新中 高原面平均海拔3 0 0 0 m 拙 升 纪 _ 世 晕 惑原垂平均海拔2 0 0 妇 雅 鞠 低 晚第三纪上新世末 高原面平均海拔1 0 0 0 m 运 攀第三纪始薪毽来藏瘫残珐，喜马拉骧出形残 动 南 白登纪中期 南羌塘成陆。阿底斯上、念青唐 燕山 戏 占拉山形成运动 f 北羌塘成陆，喀喇琵仑上、腐吉印支 陆 侏罗纪中期 海 披山、横断山形成运动 期显仑一可霹疆里建嚣袋醚；瑟仓海疆 退 二羲纪末期 上可可硼里山、祁连山形成运动 加里东 拢忿纪 弼尔金由她泼陵 运渤 即个是成陆期，另一个是上升期。成陆的时间是幽北到南分阶段变化的，地层 刚燕謇j 0 赢南扶老黧赫。上升静高度氇是分除段交纯的，势有不断黼速豹特点。 每次剧烈的地壳运动，不仅使一部分陆地增生，后期的地巍运动往往对前期地壳 运动的结莱产生叠鸯k 作用，使缝质构遥交褥囊为复杂，最纛葵定了青藏离藤静基 本地貌格局“”。 2 1 2 青藏高原山地系统的隆升 肯藏高原的隆起抬升，大体上可以分为三个急剧上升的阶段。篇一阶段从上 新繁末到第翻纪初，高原上升了l 0 0 0 m 左右，萁缭果是原始高原缝貌发生了一系 列的变化；麓原边缘河流切割作用加强，水系流路发生调熬，一然古湖被切割疏 干；外流水系的主臻河道基本定鹜。上升的第二阶段从早鬻新世末开始，弼结束 时，高原的平均高度又上升了约l o o o m ，高原山脉大部分进入雪圈范围。随着中 更新世冰期的来临，高原上发育了溉模空前的冰川。冰期暖后是大湖时期，湖泊 兴黢发展，河流切割更甚。第三个怠剧上爿。期从中更新世束丌始，其结果又使高 原上升了约1 7 0 0 m 。这个阶段，高原地形受到更强的切割，高山深谷地貌蕊本定 8 2 青藏高原山地系统的环境特征 型。由于地势抬升，高大山系对气流的阻挡作用也趋明显，进一步改变了高原大 气环流，使海洋性与大陆性气候的地域分异逐渐确立，垂直变化与水平差异交错 复合，构成自然景观复杂而又显著的三度空间分异。 然而，抬升尚未终止。由于高原仍然受到南北向到北东南西向水平压应力场 的控制，两个板块碰撞后印度板块向北的运动并没有停止，高原上升的趋势仍在 继续。据研究，自晚白垩纪以来大约1 2 0 0 万年间，印度板块大约以每年小于5 5 c m 的平均速度向北漂移了5 个纬度的距离。现在它仍以每年大约5 c m 的速度向北移 动，喜马拉雅山也以每年大约5 1 0 唧的速度在上升，比欧洲同一类型的高山 阿尔卑斯山目前的抬升速度高4 5 倍“。根据晚更新世术期以来对全新世气候最 宜时期植物化石和古冰斗、古冰缘、古土壤等的对比研究，反映出新构造强烈上 升的后期加速性特征。从地质构造角度来看，青藏高原上地震带标志板块和断块 的边界，而高原上新的火山活动和高的地热异常则是两大板块最后碰撞以来大陆 壳破裂成裂片以及它们之间的互相运动产生的。除了强烈的地热显示和频繁的地 震活动外，高原边缘广泛分布的谷中谷现象、洪积扇的叠置；河流纵剖面的裂点 及河流阶地的发育等也都说明青藏高原发育的年轻，强烈的隆升并未中止。 2 2 青藏高原山地系统的自然环境特征 青藏高原是全球海拔最高的巨型构造地貌单元。近数百万年来的强烈隆起， 导致高原本身自然环境的急剧演变。除受到全球性冰期与间冰期气候冷暖波动的 影响外，海拔高度剧增对自然地理环境所产生的变化也起着主导的作用。 1 自然地理过程的年青性 青藏高原是地球上海拔最高，也是形成历史最新的高原。自然环境的发育过 程仍处于年青性的阶段，在地形与土壤发育上表现尤为突出。自上新世末至今大 约3 m a 的时间内，青藏高原大面积、大幅度地抬升，达到今日举世无双的高度， 平均海拔已超过4 7 0 0 m 。由于高原强烈抬升过程的历史短促，它的隆起又具整体 性，因而地形发育的年青性主要体现于高原边缘山地活跃的外营力作用和形成的 强烈切割地形，内、外流水系的转变以及广泛的现代侵蚀与堆积。同时，也使成 土条件分阶段向高寒方向转化，土壤发育也在不断与新的环境相适应。 2 高寒气候的特殊性 青藏高原是地球上同纬度最寒冷的地区。高亢地势的垂直差异对气候的影响 远超过水平地带性的作用。因此高原气候与周围及同纬度地区迥然不同，虽然青 安臻鼹太学硕士逢文 藏高灏处予申低纬震鹩霞鬻，毽a 嚣j 常撼它与南搬、北极褥滤，称之为“遮球驰 簿三缀”，装矗。骰嶷有太黼辐射强、气温低，气滋鞭鞍鬟大霸年铰麓小等持点。 3 + 冰鬟与寒凉作蠲瀚管遮髋 照麓地黪瓣拾舞霸气捩淘寒冷变化，赘藏离辣已成为避球：中、低终度最大 的弥鹭作爝与寒豫作翔中心。离潦的糯代冰埘丽税4 9 x1 0 3 k 莳，占全矧冰j | | 蒽耐 酸数鹎戳主。多年滤甄较约i 秘1 0 2 k 氆2 ，占全獭冻嚣积的7 1 。麓鞭上 受寒冻作用影响的邋城臻为广润。与分布在离绋遗区，船离檄和椿陵兰岛鹃大陆 冰囊罩霹，毒藏遘暴上嬲溶列稳爝出秘溶j | | ，主簧分露在嫒麓由遥。形戏麴黧黉 闲索怒越形、温度与降求。 4 。生耪嚣落瓣多样犍 按照生物釉港酾地瑷成分，皆藏离原上生物分布鹣区域麓舜穰明显。就植物 送系嚣言，袁藏寒琢狳茭零缘剿萝墨烫吉热豢攘携区羚，其余部分坶璃泛就投_ 攘物 隧。在隧栖脊樵动物酝划中，鬻马拉糖山至横断山脉中南部一线以南属寐洋器， 葵l l 矮吉i l 器。与襄象豹蠢然繇凌翊逶藏，誊菠骞藏嚣肉趣蘩了狳壤撼滚骧戳於 中因大部分差藤植被类擞。 鑫+ 入免戮紊黠妻然繇壤澎鹤鞍嚣 费藏离甄大部分地隧海拔赢，气候寒冷薅予晕，由予爨然条佟釉社会历史灏 戮，入黉活魏对嵩藤鑫然环装静影响糯辩较弱，主要镕凌予夫类开发掇受较楚t 瀵动菠鼷具膏扁隈拣；人鄹穗少；交邋不便剩，处予经济德发展的镰避区：人类 生产溪秘仍敷较糨藏鹣整数照藏耱整激恣圭，箕对嚣壤彩穗匏菠鬣秘稷发识缀骞 黢。 2 。3 鬻藏赢溅函然袈统憋气锻特征 畿熬体寒谖，毒藏裹豢地势麓志、气髅寒冷。爨_ 毙，谯全图气嫉隧划巾，它羧 单独麓分露采，稼为“宵藏海煞气候嚣缓”。气谈女熬零特点瀑太鬻疆辩疆爨， 气滠低，气瀑豹爨较夔大，年变豫较小，予滋攀繁分髑等。然藤，髓饕遮势帮海 拔瓣不弼，窝舔壤蠹瓣气谈姣褫复杂，整蠢瓮熬区蠛变证簸律。 i ，强辖瓣、塞翔熊 平均海羧离运4 5 m 翻云爨缡爨，使寮藏醒藏为蔑溪年太陵葸辐辩羹臻麓懿 缝熬。豫簸客鞠青海券南一隅终在5 钓0 6 瓠j 蠢之润舞，葵佘绝大部分在 6 0 f ) o 赫轴2 隧上，弼溪热透露溅麓谷魏爱达8 0 0 0 2 靴j 辩2 。年太鞭诵麓平璃篷 2 青藏高原山地系统的环境特征 青海北部为2 0 0 0 2 5 0 0 m j m 2 ，青南藏北为2 5 0 0 3 0 0 0 m j m 2 ，藏南谷地超过 3 4 0 0 m j m 2 ，也是我国的最高值区。年日照时数多也是青藏区的一大特点。除雅鲁 藏布江大拐弯至察隅一带仅约1 6 0 0 h 这唯一的例外，高原大部分均在2 6 0 0 h 以上， 藏南谷地和阿里地区达3 0 0 0 3 2 0 0 h ，而柴达木盆地西部的冷湖则以3 5 5 3 9 h 高 居全国榜首。总之，强辐射和富日照在一定程度上改变了青藏区的温度状况。 2 高寒低温 青藏高原是全国年平均温度和各级界限温度最低的地区。年平均温度除柴达 木盆地( 2 5 ) 、河湟谷地( 4 8 ) ，泽当以东雅鲁藏布江谷地( 8 1 0 ) 和山南地区( 1 6 2 0 ) 等略高外，广大地区都很低。年均温o 线的走向就能 说明此问题。这条气温等值线在青藏区形成一小一大两个闭合圈。一是在3 2 0 0 m 高度以上，包围了整个祁连山地；一是沿祁漫塔格山一昆仑山北坡经黄河源区以 东至那曲，再沿冈底斯山西到霍尔巴，最后沿喜马拉雅山北坡4 3 0 0 m 高度到错那。 被这条线包围的昆仑山东段、青南高原和藏北高原年平均气温都在0 以下。年 均温一4 线的分布则表明祁连山西段、江河源山原中西部和羌塘高原北部均不足 一4 ，并成为全国年均温最低的地区。 3 降水少、时空分布不均 来自孟加拉湾的暖湿气流是青藏高原的主要水汽来源。首当其冲的西藏山南 地区因此成为青藏高原，也可能是我国大陆降水量最丰富的地区，年降水量普遍 超过2 0 0 0 m 。此外，藏东三江并流区约为8 0 0 1 0 0 0 硼，雅鲁藏布江大拐弯以西 以北直到青南一隅尚有6 0 0 8 0 0 m 。但自此向西北开始迅速递减，向西到班公错 减到5 0 唧以下，向西北到柴达木盆地更减到2 5 唧以下。以致青藏高原约有3 7 面积年降水量仅有2 0 0 4 0 0 m ，成为半干旱区，3 3 面积降水量不足2 0 0 i i 1 1 ，成 为地道的干旱区。降水的季节分配表现为高度集中的特点。相对多雨区由于冬春 降水量相应增加，雨季( 5 9 月) 降水量约占全年的6 0 7 0 。降水量少的地 区雨季降水量比重却高得惊人。 4 各地气候差异大 根据近年的研究，青藏高原温度和水分条件具有自西北向东南变化的特征。 高原西北部寒冷干燥，而东南部比较温暖湿润。各地区之间差异十分明显，可以 划分出1 2 个不同的气候区。即藏东南气候区，川西气候区，藏东气候区，那曲、 玉树气候区，藏南气候区，青东气候区，青东南气候区，南羌塘气候区，祁连山 气候区，柴达木气候区，阿里气候区，北羌塘气候区。 1 1 安徽理工大学硕：t 自文 3 青藏高原山地系统地质剖面温度场特征的研究 青藏离原是全球独特的地域单元，长期以来，它以其年青的谯质历史、活跃 的新构造送动、剧烈的环境变迁、对大气环流的作用、独特的生物区系、丰富多 彩的自然景波及其对周边地区自然环境和人类活动的深刻影响蕊为科学界所瞩 目。 3 1 青藏高原山地系统地质剖面特征 青藏简原在大地构造上是全球著名的东西向特提斯一旃马拉雅构造域的主体 裁分之一，是古生代以来款逸质滔动区，舆寿多类型的沉积建造、频繁的豢浆谣 动和变质作用以及复杂的地质构造格局。 3 1 1 青藏高原山地系统岩石圈结构特征 目前已有的备种地质、地球物理探测结果表明，高原蜡石圈稃在明盥的自身 特瑟。 1 高原普遍存在一个特厚的域壳 寝据戆震溅深结果，帮藏离滕缝壳乎均霉度约为7 0 7 5 蛔，大约耪当予莲镑 利艇和印度地质地壳厚度的两倍。但不均匀，藏南与藏北地壳厚魔有明显差异。 其中，藏兹与羌穗遮透最缮，薅程莲嚣震迭黉曼熬有令显鬻夔蕤撵度荣；在横痞 ( 南北方向) 上比纵向( 东西方向) 变化急剧显著“。 2 意藤岩石鞠遣缦酱途镶薄 青藏高原山地系统岩石圈地幔南部偏薄，北部偏厚，接近于馓界平均值，总 体鼙由南翔j e 热淳的趋势。砉石甏建疆懿下疆瑟魄铰平港，嚣上满瑟( 球葵霍嚣) 有摄著的起伏和错断现象，在可可匹里地区莫霍酾有一个轻微的e 隆趋势，幅度 不超过l o 如。在雅鲁藏稚江两髑葵霍蔼不连续，被镑断终6 妇；褥虽在邋墨岩石 圈地幔是熬个高原最薄的地带，存在着上地幔物质上涌现豫，致使这里的热流值 异常高，在羊卓囊潮所澜的平均热流值为4 2 4 5 弼。 3 岩石圈具多圈层结构 3 菊藏高原山地系鳓地旒剖面温成耕瓤l 韵圳碗 高原的地壳结构十分复杂，具有多圈层结构特征，怒由软硬交替的裟石层组 成。高原南部觚程东蓟安多段，地壳那脊上下两个低速离导层，蠲者位嚣大体一 致；一上部低速高导t 层在喜马拉雅地区厚约4 9 k m ，层速度为5 6 5 8 k m s ，深度 为1 5 1 8 k i l l ，丽在藏北地区该低滤商导层变薄，仪4 5 k m ，层速度5 5 5 8 k m s ， 埋深在2 0 3 0 k m 深处。下部低速离导层层深约1 4 k m 至极薄，层速度为6 0 6 ，2 k m s ，埋深在5 0 k m 以下的深处或接j 琏莫霍面。高原北部的沱沱河到格尔木一 带，地壳那只有上部低速赢导层，而没有下部的低速高姆层“3 。 4 空间上高原地壳赔由多块问的多地体组合而成 高原是由被5 条缝合带分隔的6 个地体分别于不同地质拜寸期先后捞合丽成 的，这5 条缝合带代表着不同地质时期曾经在脊藏高原范围内存在过的海洋，就 怒瞧它们把大隆分隰或了不圊块体。具体划分幽北往南( 如图2 ) 依次为： 柴达木地块( c b ) 一一一一一一一一j e 驻仑冲断裂( n 疑善) 北昆仑地体( n k ) 一一一一一一一一中撼仑缝合豢( 溅s ) 南昆仑地体( s k ) 一一一一一一一一露昆仑缝合带( s 醛) 巴颜喀拉地体( b h ) 一一沱注潺一金沙江缝合豢( 羊弱) 羌塘地体( q t ) 一一鼙公溃一怒江缝会零( 8 x s z ) 拉萨一冈底斯她体( l g ) 一一疆镰藏毒江缝会带( ￥z s z 喜马搬雅体( h m ) 一一一一一一一一圭迭秀i 串断臻l ( 鹾b 安徽理工人学硕士沦文 3 5 3 0 1 图2 青藏高原地体划分 f i g 2 1 1 1 ep a r t i t i o no ft l l et e f r 蛳eo fq i n g b a i - t i b e tp l a t e a u c b 一塔里木一柴达木地体：n k 一北昆仑地体；s k 一南昆仑地体；b h 一巴颜喀拉地体；q 卜羌 塘地体：l g 一拉萨冈底斯地体；删一喜马拉雅地体；n q s 一北祁连缝合带；n k t 一北昆仑冲断 裂；m k s 一中昆仑缝合带；s k s 一南昆仑缝合带：t j s 沱沱河一金沙江缝合带；b n s z 一班公湖 一怒江缝合带；y z s z 一雅鲁藏布江缝合带；m b t 一主边界冲断裂 3 1 2 青藏高原山地系统地质剖面构造特征 青藏高原尽管具有整体和近于同期隆升的特点，但不同山链在岩石圈结构、 构造和形成、演化等方面具有明显的差异。据此可将青藏高原划分为3 个构造带： 喜马拉雅构造带，由于印度板块强烈向北俯冲造成多层次拆离、冲断( 逆冲、俯冲) 和岩片叠覆及岩石局部熔融，形成厚壳厚幔、热壳冷幔型组构，具增温地温场特 征；冈底斯构造带，由于异常地幔和岩石圈一软流圈界面上拱，沿不同物性界面 发生强烈拆离作用，陆壳分层减薄，形成典型的薄壳薄幔、热壳热幔型组构，具 高温地温场特征。昆仑一可可西里唐古拉( 简称昆一可一唐) 构造带，拆离作用 主要发生在上地壳，下地壳及岩石圈上地幔，以收缩变形为主，形成厚壳厚幔、 冷壳冷幔型组构，具有难常的地温场特征。随着印度板块向欧亚板块的持续、强 烈俯冲和俯冲带向印度前陆方向的迁移，岩石圈温度不断递增，喜马拉雅构造带 的厚壳厚幔、热壳冷幔型结构，有可能向薄壳薄幔、热壳热幔型组构过渡。因印 度板块俯冲诱导的陆壳和岩石圈变薄( 莫霍面和岩石圈一软流圈界面上层) 也将随 着俯冲带位置的南移和重力均衡作用而逐渐增厚，加之深部放射性物质耗损导致 3 青藏高原i 【j 地系统地质剖面温度场特征自蛳f 究 的温度递减，冈底斯一念青唐古拉构造带的热壳热幔、薄壳薄幔型组构也将逐渐 过渡为厚壳厚幔、冷壳冷幔型组构。 与上述3 个构造带相对应，可将青藏高原划分为3 种具有不同隆升机制和隆升 特点的造山带类型：喜马拉雅型、冈底斯型和昆仑型。前者以逆冲和俯冲及多层 次拆离造成的岩片叠覆为主要隆升机制，具急剧隆升特点；冈底斯型以异常地慢 或地慢上涌和岩石圈一软流圈界面上拱、深源岩石的底辟侵位及热隆扩展作用为 主要隆升机制，具有快速隆升特点：昆仑、可可西里和唐古拉构造带，大致相似， 简称昆仑型，以重力滑动和重力流动或重力扩展作用引起的岩石圈垂向扩展为主 要隆升机制，具缓慢、均衡隆升特点“。 3 1 3 青藏高原壳幔热结构特征 青藏高原壳幔热结构的分布具有显著的南北横向不均一性。就构造热特性而 言，青藏高原可分为北部、中部和南部三个不同部分，即老地体拼合的北部稳定 冷地块，挤压变形形成的中部拉萨一冈底斯构造热地体，和向南扩展的活动性喜 马拉雅加热地体。高原中部的拉萨一冈底斯地体的地热活动性最强，它具有高而 大幅变动的地表热流，丰富的地表地热显示，强烈的构造诱发深部热作用，以及 明显的异常加热型地壳一上地幔热结构；南部的喜马拉雅地体具有最强的构造活 动性，伴随一系列中上地壳构造诱发型热作用过程，形成壳源异常型热结构，而 下地壳和岩石圈上地幔则不一定太热：高原北部的四个老地体( 羌塘、巴颜喀拉、 南北昆仑地体) 是冷而稳定的，热流极低，但壳幔温度仍随深度而升高，且以较 低的增温梯度适用于厚壳厚幔的特殊结构。 1 北部拼合冷地块 羌塘、巴颜喀拉、南北昆仑地体先后经历了海西、印支、燕山等构造运动期， 经长途水平漂移拼合成陆，形成固化的剐性联合地块，它在喜马拉雅运动时期， 因南部的推挤力大于北部的阻抗力而整体北移，并伴随规模有限的走向滑动变形。 对陔地体来说，前喜马拉雅造山期的构造热事件已趋于止息，喜马拉雅运动在此 未形成显著的热冲击，数度的抬升一侵蚀已将最富含放射性生热元素的近地表岩 层搬出区外。因此这一地块的地热属性以低地表生热率、低地幔热量分景和极低 的地表热流为特征，具有常规的垂向增温厚壳厚幔型壳幔热结构“。 2 中部拉萨一冈底斯构造热地体 拉萨一闭底斯地体既是一个活动的构造地体，义是一个深源的热地体，两者 安徽理r 大学硕士论文 之蒯存在紧密的驱动一诱发式成因联系。+ 在形成阶段，该地体经历了急剧缩短， 大幅增厚，强烈剿蚀和严重质量亏损的三维变形域，从而使不同壳蠖深度层次上 的热源配置制式发生蝴应的变异，即巍内放射性生热元素的熬新分布；与上娥壳 增厚上隆同步进行的下地壳和上地幔的下弯，扰动了原先存在于岩石圈和软流圈 界面上的热平衡，诱发了软流圈的局部对流，并通过底熔消饿和软滚圈物质上溧 而使者石圈减薄，相当于地幔热流分麓的增强；以及由构造变形导致的剪切应变 生热和断层摩擦生热，从两形成了拉萨一网底斯地体独特的黪轰与热竞粳容并存 的地球物理场特征，发育了特有的厚壳薄幔型多层次地壳上她幔热异常结构。 3 。囊部加热遗体 作为陆陆碰撞的隅，喜马拉雅地体拥有北闭南开式半自由空间变形边界条 牛，娃l 缘接按反弹式变形的特殊运动方式为特征。凄马拉黪地体奁接熬碰攮蘸 作为印度板块的北缘，是处于原始的砸常或“冷”状态之中，随着印度大陆熬体 北雄，它的活动边爨逐海南迁，避体媳睫之彝涛扩张。邋壳经过经过_ 爨复薅热厚， 虽然其增厚倍率不及挝萨一冈底斯地体，但由于壳内岩石放射性生热率偏高，导致 建壳放射性叁热效应魄蓐毒霓为强烈。另终，大型邀羚接覆锩戆剪锈垒热终弱， 导致推覆断层两侧的岩层发生部分熔融，在地