基于遙感技術(shù)的居延澤地區(qū)次地表特征探測及環(huán)境演化研究.pdf

1、干旱-半干旱區(qū)蘊(yùn)藏了寶貴的自然資源，對全球變化的響應(yīng)較為敏感。深居歐亞大陸腹地的居延澤，曾與嘎順淖爾、蘇古淖爾連為一體，是西北地區(qū)蓄水量頗為豐富的內(nèi)陸湖之一。自明代干涸后，研究區(qū)飽受風(fēng)沙侵蝕，遂成為極干燥的中溫帶大陸性荒漠氣候，生態(tài)環(huán)境極其脆弱。其環(huán)境變遷及湖盆演變反映了干旱區(qū)湖泊演化的一般規(guī)律，對全球氣候變化與古湖盆生態(tài)重建研究意義重大。
　　本文以居延澤古湖盆區(qū)自湖岸至湖心方向的水鹽變化規(guī)律為切入點(diǎn)，通過區(qū)域地表粗糙度量化及地

2、表溫度的反演，基于實(shí)測數(shù)據(jù)，建立了含水含鹽土壤介電模型，并對研究區(qū)采樣點(diǎn)水分、鹽分和粒徑分布等指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，完成了對居延澤古湖盆區(qū)介質(zhì)介電特性的揭示；結(jié)合光學(xué)遙感技術(shù)與雷達(dá)遙感技術(shù)，基于雷達(dá)電磁波傳播機(jī)理及后向散射系數(shù)的分析，以介質(zhì)介電常數(shù)對研究區(qū)雷達(dá)穿透深度進(jìn)行了估算，定量刻畫了研究區(qū)的雷達(dá)穿透現(xiàn)象；利用ArcGIS空間分析工具，根據(jù)SRTM DEM數(shù)據(jù)以及光釋光測年（Optical Stimulated Luminescence

3、 Dating，OSL）數(shù)據(jù)，完成了對居延澤古湖盆區(qū)的定量化重建。研究過程中，得到的主要結(jié)論和認(rèn)識如下：
　　（1）居延澤古湖盆區(qū)地表及次地表含水量及含鹽量自湖岸至湖心方向在水平層面上呈現(xiàn)遞增趨勢，且具有明顯的階躍性，垂直方向上前者變化不甚明顯，但后者變化較為顯著，這與研究區(qū)降雨量少而蒸散量強(qiáng)烈的氣候特點(diǎn)有直接關(guān)系；粗糙度計(jì)算結(jié)果表明，研究區(qū)地表屬較粗糙地表，均方根高度變化范圍為0.1913cm~3.8101cm，相關(guān)長度變化范圍

4、為2.7708cm~29.6745cm；粒度分析（介質(zhì)機(jī)械組成）表明該區(qū)域沉積環(huán)境較為復(fù)雜，且受風(fēng)沙剝蝕較為嚴(yán)重，故地表粗糙度不宜作為探討其環(huán)境成因的根本性指標(biāo)。
　　（2）為較準(zhǔn)確地獲取研究區(qū)地表及次地表介質(zhì)介電常數(shù)，本論文將Dobson半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蚐togryn模型相結(jié)合建立了適用于研究區(qū)的介質(zhì)介電模型，從理論、模擬數(shù)據(jù)及實(shí)測數(shù)據(jù)等角度對含水含鹽介質(zhì)介電特性的主要影響因素進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)含鹽量對介電常數(shù)實(shí)部影響較小，且與含水量

5、變化趨勢一致；含水量與含鹽量對介電常數(shù)虛部均有影響，且含鹽量更為敏感。
　?。?）從信號能量傳播基礎(chǔ)理論出發(fā)，基于實(shí)際樣點(diǎn)參數(shù)值監(jiān)測，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，對區(qū)域展開了普適性定量穿透深度模型的拓展應(yīng)用。結(jié)果表明，C波段的Radarsat-2雷達(dá)信號可以穿透地表到達(dá)次地表界面，最大垂直穿透深度55.1cm。通過與后向散射系數(shù)及含水量的對比，發(fā)現(xiàn)穿透深度與HV極化方式的后向散射系數(shù)及含水量的關(guān)系均呈弱負(fù)相關(guān)性，由此說明合成孔徑雷達(dá)后向散

6、射能量中有源于次地表介質(zhì)的貢獻(xiàn)。
　　（4）綜合對比各湖岸堤的高程測定數(shù)據(jù)與OSL測年數(shù)據(jù)，基于90米分辨率的SRTM DEM數(shù)據(jù)，并利用GIS空間分析手段，將居延澤古湖盆區(qū)環(huán)境演變的過程分為以下幾個階段：中更新世（~400ka）曾有高湖面（940m）形成，僅居延澤水域面積就有3933km2；晚更新世（~35ka BP）有覆蓋居延澤、蘇古淖爾與嘎順淖爾的統(tǒng)一大湖形成（~926m），面積可達(dá)6475.4789km2；早全新世時，湖泊

7、干旱，未發(fā)現(xiàn)該時期湖岸堤；中全新世（4.59~2.73ka BP）居延澤、蘇古淖爾與嘎順淖爾相互獨(dú)立，湖泊水量減少，湖面降低至917m左右；至晚全新世（2.71~1.50ka），統(tǒng)一大湖再次形成，面積為6689.1204 km2，可見當(dāng)時氣候濕潤，湖泊環(huán)境良好。
　?。?）明代時期，居延澤已趨于干涸，且湖心處有鹽堿析出，荒漠化較為嚴(yán)重，至現(xiàn)代（1961年秋），噶順淖爾已完全干涸，研究區(qū)內(nèi)較大湖泊僅留有蘇古淖爾和天鵝湖，自然環(huán)境不容