黑河上游祁连山区青海云杉生长状况及其潜在分布区的模拟 植物生态学报    2011, 35 (6): 605-614.   DOI: 10.3724/SP.J.1258.2011.00605

图1 研究区位置、数字高程模型以及样点分布图。

正文中引用本图/表的段落

研究区位于黑河上游地区, 地理坐标98°34′- 101°11′ E, 37°41′-39°05′ N, 覆盖面积约10 009 km2 , 海拔为2 000-5 500 m, 在行政区划上, 地跨甘肃省和青海省(图1)。该区年平均降水量随着海拔的升高而增加(250-700 mm), 年平均气温随海拔的升高而降低。植被分布受温度和降水变化的影响显著, 植被类型沿海拔从低到高依次为: 荒漠草原、森林草原、亚高山灌丛草甸、高寒荒漠及冰雪区。

月气温和降水资料(1961-2008年, 总计20个站点)来自气象数据共享网(http://cdc.cma.gov.cn/), 统计出研究区及周边20个站点(站点分布见图1)的生长季平均气温和年平均降水量。从美国地质调查所(USGS)的地球资源观测与科学中心(EROS)免费下载研究区2008年7月1日和10月13日的TM影像(30 m × 30 m), 用于植被的分类。数字高程模型(digital elevation model, DEM)数据(30 m × 30 m)是日本ASTER发布的共享数据(误差7-14 m), 用于提取经纬度和计算太阳辐射。

首先对研究区7月的TM影像进行监督分类(Keuchel et al., 2003), 再根据7月TM影像的归一化植被指数(normalized differential vegetation index, NDVI)值对监督分类结果进行决策树分类(Sesnie et al., 2008; Peng et al., 2010), 得到研究区内植被类型(荒漠草原、森林、高山灌丛和高山草甸)的空间分布图。森林主要由青海云杉、祁连圆柏(Sabina przewalskii)及山杨(Populus davidiana)群落组成。10月中旬, 山杨和灌木的叶子变黄, 其NDVI值变小, 根据这一特征, 利用10月13日的TM影像, 选取合适的阈值剔除森林分布图层中的山杨种群和混分的灌木林; 祁连圆柏属喜阳植物, 主要分布在阳坡(刘兴聪, 1992), 利用DEM计算出的坡向图层剔除阳坡的祁连圆柏群落, 最终获得青海云杉的分布图(图1), 利用GPS定点数据对解析出的青海云杉进行验证。

式中, Q为多年生长季平均气温(T)或多年平均降水量(P); Z、Lon、Lat分别是海拔、经度、纬度; a、b、c、d为回归系数。气象站点数据分成两部分, 14个站点的数据用来建立(1)式, 剩余的6个站点数据用于验证(1)式。方程(1)涉及了经度、纬度和海拔, 利用ArcGIS从DEM中提取经度和纬度, 获得分辨率为30 m × 30 m的经度和纬度图层。根据方程(1), 在ArcGIS中利用Spatial Analyst模块里的栅格计算器对DEM图层、经度图层及纬度图层进行运算, 得到研究区30 m × 30 m分辨率的生长季平均气温图层和多年平均降水量图层。在ArcGIS中使用基于物理过程的Solar Radiation模块计算太阳辐射(http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.2/body.cfm?tocVisable=1&ID=5217&TopicName=AreaSolarRadiation#), 得到研究区的太阳辐射图层。

本文的其它图/表

• 图2 研究区和青海云杉分布区在多年生长季平均气温梯度上所占栅格数的分布图。
  
• 图3 研究区和青海云杉分布区在多年平均降水量梯度上所占栅格数的分布图。
  
• 图4 研究区和青海云杉分布区在太阳辐射梯度上所占栅格数的分布图。
  
• 图5 青海云杉分布频数在太阳辐射梯度上的拟合图。
  
• 图6 青海云杉分布频数在年平均降水量和生长季平均气温梯度上的拟合图。
  
• 图7 青海云杉分布频数在年平均降水量和太阳辐射梯度上的拟合图。
  
• 图8 青海云杉分布频数在年平均降水量、生长季平均气温及太阳辐射梯度上的散点图。
  
• 图9 研究区内青海云杉的潜在分布及其生长状况。
  
• 图10 不同海拔梯度上青海云杉栅格数占不同高度带栅格数的比率。
  
• 图11 模拟的青海云杉生长状况与样地基底面积的散点图。