青藏高原隆升的生態地質環境響應遙感研究

趙福岳，張瑞江，陳華，孫延貴

(1.中國國土資源航空物探遙感中心，北京100083;2.青海省地質調查院，西寧810012)

青藏高原隆升的生態地質環境響應遙感研究

趙福岳1，張瑞江1，陳華1，孫延貴2

(1.中國國土資源航空物探遙感中心，北京100083;2.青海省地質調查院，西寧810012)

青藏高原的快速隆升，不僅改變了原有的地貌形態，而且還改變了構造格局、河流走向、亞洲季風和大氣環流等。以全國生態地質環境遙感調查與監測成果為基礎，從青藏高原隆升的角度出發，系統分析了高原生態地質環境特征、高原生態地質環境響應與規律。研究結果表明:青藏高原地質環境是控制青藏高原及其周邊地區生態環境形成、發展與演化的基礎;青藏高原的快速隆升為現代冰川發育、荒漠化、地質災害等的發生提供了外力因素;青藏高原氣候環境是我國生態環境變化的重要動力來源;人類活動對青藏高原及其周邊地區起到了催化劑作用。

青藏高原隆升;地質環境;生態環境;響應;動力;催化劑

0 引言

青藏高原被譽為世界第三極。第四紀以來，在歐亞大陸、太平洋、印度洋三大板塊的復合作用下，形成了現今的高原地貌景觀。受其隆升作用影響，不但地質環境［1－3］、氣候環境［4］、生態環境發生了巨大的變化［5－9］，同時對中國的生態環境變化產生了重要影響。

學者們基于遙感數據、DEM及實地調查數據等相關資料，先后調查研究了青藏高原冰川［10－11］、雪線［12］、荒漠化［13］以及濕地［14］等環境因子的分布現狀和變化規律，然而都沒有解釋決定這些環境因子變化的根本原因及其內在的聯系，本文正是結合前人調查研究的成果，系統分析了青藏高原生態地質環境特征，從青藏高原隆升的角度出發，探索了其對我國北方荒漠化和南方不良氣候災害帶的生態地質環境綜合響應，為青藏高原乃至中國的生態地質環境響應研究提供參考。

1 青藏高原生態地質環境基本特征

1.1 地質環境特征

青藏高原現今顯現的盆嶺相間的構造格局是在北半球太平洋板塊、印度板塊和歐亞大陸板塊三大構造板塊復合作用下所形成的高原周邊地區壓陷，高原邊部擠壓隆升、腹地伸展垮塌、南北分帶、東西分塊的具體表征(圖1)。

圖1 青藏高原新構造運動遙感分區Fig.1Remote sensing district of neotectonism in Qinghai-Tibet Plateau

從圖1可以看出，代表擠壓隆升作用形成的構造塊體包括:西昆侖逆沖推覆構造區(Ⅰ)、阿爾金左行走滑構造區(Ⅱ)、西秦嶺—祁連東段菱形斷塊走滑逆沖構造區(Ⅳ)、龍門山—橫斷山走滑—逆沖推覆構造區(Ⅸ)、念青唐古拉擠壓隆升構造區(Ⅻ)和喜馬拉雅逆沖推覆—縱張構造區(ⅩⅢ)等6個構造區;代表伸展作用形成的構造塊體包括:日土伸展斷隆構造區(Ⅴ)、東昆侖—柴達木—祁連西段逆沖推覆—斷塊壓陷構造區(Ⅲ)、可可西里—馬爾崗木伸展斷拗構造區(Ⅵ)、唐古拉—巴顏喀拉伸展斷隆構造區(Ⅶ)、若爾蓋—芒康伸展走滑斷拗構造區(Ⅷ)、獅泉河伸展斷隆構造區(Ⅹ)和扎日南木錯—那木錯伸展斷拗構造區(Ⅺ)等7個構造區;代表壓陷作用形成的構造塊體包括:塔里木、河西走廊及成都盆地等3個壓陷構造區。

1.2 氣候環境特征

青藏高原空氣稀薄、大氣干燥、太陽輻射強烈，高寒干燥是其總的氣候特征。青藏高原各季節的降水分配不均，干季和濕季的分界非常明顯。年降水量自藏東南谷地的最高5 000 mm，向西逐漸遞減到50 mm左右。每年10月至翌年4月，降水量僅占全年的10%～20%;從5—9月雨量非常集中，一般占全年降水量的90%左右。全區年均蒸發量達2 000 mm以上，相對濕度在50%以下。除西藏東南峽谷及喜馬拉雅山系南坡地區具有明顯的海洋性氣候外，其余大部分地區具有干燥寒冷、晝夜溫差大、干濕季節分明、無霜期短、降水量少而蒸發量大、相對濕度小的特點。獨特的氣候特征所產生的冰緣凍融作用及寒凍風化作用在土地荒漠化的形成過程中起主導作用。

由于大氣環流和季風的影響，并受冷空氣活動和高空風的作用，青藏高原多大風，常伴有沙塵暴。大風天氣分布特征是山地多，谷地少，高原面上多，盆地少。從年內季節來看，大風以冬、春季多，夏、秋季少。受干旱氣候和大風天氣的影響，高原西北部特別是柴達木盆地及其周圍地區，在冬、春季節時常出現沙塵暴天氣。沙塵暴常刮走表土，造成土壤干旱和質量下降，易誘發土地荒漠化，對人畜和植被的影響都很大。

1.3 生態環境特征

依據青藏高原生態環境遙感調查與監測的相關成果［10－14］，1975年以來，現代冰川持續退縮，濕地減少，荒漠化有所擴展。

1975—2007年，現代冰川呈持續減少狀態，冰川面積由1975年的51 274.87 km2，減少到2007年的46 676.64 km2，年均減少4 598.23 km2;1975—2000年荒漠化土地面積由570 834.13 km2增長到589 656.12 km2，增長了18 821.99 km2。2000—2007年荒漠化土地面積又由589 656.12 km2，減少到580 977.39 km2，減少了8 678.73 km2;1975—2000年濕地面積由142 257.68 km2，減少到127 028.45 km2，減少了15 229.23 km2，2000—2007年濕地面積又由127 028.45 km2，增加到130 687.46 km2，增加了3 659.01 km2。30多a來，青藏高原生態環境表現出階段性惡化向階段性回轉的變化。

2 青藏高原隆升與生態地質環境響應

2.1 地質結構響應

遙感調查與監測成果表明，青藏高原現今顯現盆嶺相間的構造格局是在北半球三大構造板塊，即太平洋板塊、印度板塊和歐亞大陸板塊復合作用下產生的邊部擠壓隆升、腹地伸展垮塌、南北分帶以及東西分塊的具體表征(圖2)。

圖2 青藏高原新構造運動學遙感模型［15］Fig.2Remote sensing model of neotectonism kinematics in Qinghai-Tibet Plateau

從圖2可以看出，擠壓隆升地塊為青藏高原第四紀期間冰川的形成與演化提供了地形地貌條件。而高原內部的引張盆地與周邊地帶的壓陷盆地則為第四紀冰川融水匯聚和不同成因類型堆積物的沉積提供了構造空間與堆積場所。不同地質結構類型嚴格地控制著高原生態環境類型的形成與發展。

2.2 氣候環境響應

我國幅員遼闊，北起N53°，南達N4°左右。從南到北有熱帶、亞熱帶、暖溫帶、中溫帶及寒帶等幾種不同的氣候帶和青藏高原氣候區。我國的這種氣候分帶除了受緯度控制之外，青藏高原隆升單元的形成，使其原本屬于亞熱帶、溫帶的氣候環境改變成了高原高寒氣候環境。在高原隆升作用控制下，不但影響氣候帶的正常分布，同時還改變了高空大氣環流，導致了西亞大陸季風進入中國大陸。由此產生的北緣北支西風急流和南緣南支西風急流對我國生態環境產生了巨大的影響(圖3)。

圖3 青藏高原隆升控制大氣環流分布圖［16］Fig.3Distribution of Qinghai-Tibet Plateau uplift controlled air circulation

受青藏高原隆升影響，印度洋暖濕氣流被屏蔽，導致了新疆、甘肅等西北部地區氣候干旱、年降水量減少、荒漠化肆虐。也正是由于青藏高原隆升誘發了上述氣候環境的變化，這為我國北方荒漠化和南方不良氣候災害帶的形成提供了條件，或稱之為動力來源。

2.3 生態環境響應

2.3.1 北方荒漠化

在青藏高原北側的北支西風急流作用下，我國西北地區塔里木、準噶爾、河西走廊等盆地出露的晚更新世—全新世湖積、沖洪積地層，遭受到強烈風蝕，并通過揚沙搬運與堆積，形成了我國著名的塔克拉瑪干沙漠、古爾班通古特沙漠、庫魯克塔格沙漠、庫木塔格沙漠、玉門雅丹地貌及沙質荒漠化土地。而在蒙古高壓極地大陸氣團的作用下，造成內蒙古和東北地區的晚更新世古湖積物質接受風蝕與風積作用，形成了巴丹吉林沙漠、騰格里沙漠、毛烏素沙地、渾善達克沙地及科爾沁沙地等沙質荒漠化土地。在上述2種風力的共同作用下，導致中國北方生態環境惡化，沙質荒漠化肆虐，土地與草地資源遭受荒漠化侵蝕，人居安全受到威脅。青藏高原氣候環境是我國生態環境變化的動力來源。尤其是高原北支西風急流作用，為新疆和河西走廊地區沙質荒漠化形成提供了動力來源，直接導致了中國北方沙質荒漠化形成與演化;而高原南支西風急流作用，直接導致了中國南方不良氣候災害帶的形成，并存在潛在嚴重的生態環境問題。

截止2007年，中國北方荒漠及荒漠化總面積171.76萬km2，其中荒漠面積為44.14萬km2，荒漠化面積為127.62萬km2。與1975年相比，32 a間荒漠、荒漠化面積增加了12.06萬km2。

2.3.2 南方不良氣候災害帶

伴隨青藏高原進一步隆升，誘發了南緣西風急流的加大和加強(圖3)。在其影響下，我國南方的云南、四川、貴州、湖南、湖北、江西和重慶等地區，將成為今后我國潛在的氣候災害地帶，雖然該帶不能形成與北緣類似的荒漠化環境，但從長遠來看，春季干旱、夏季突發性暴雨、冬季冰霜等不良天氣災害將會時常發生，從而直接造成地表水資源減少、突發性泥石流、冰凍及干旱等資源和環境問題的發生，這種生態環境的變化應引起我國有關部門的高度重視。

3 生態環境響應因素分析

3.1 地質環境是生態環境形成、發展與演化的基礎

青藏高原地質結構是以擠壓褶斷隆升地塊或山脈與斷拗、引張、壓陷等作用形成的構造盆地相間并存為特點，且地質環境對生態環境響應具有專屬性規律。

3.1.1 構造壓陷、引張環境與沙質荒漠化關系

青藏高原及其周邊地區第四紀早期形成與繼承發展的斷拗、引張和壓陷等構造盆地，為更新世古湖盆的形成提供了空間場所，其沉積的湖積、沖湖積、冰水堆積沙礫石層、沙層、亞沙土層及亞粘土層等物質，嚴格控制著我國北方荒漠化的形成與發展。如青藏高原周邊的塔里木盆地、準噶爾盆地、河西走廊等壓陷盆地區，以及青藏高原柴達木、可可西里—馬爾崗木、扎日南木錯—那木錯、若爾蓋—芒康等引張、斷陷盆地區內，廣泛發育著的礫質荒漠化、沙質荒漠化土地均證明了這一點。

3.1.2 構造盆地與鹽漬荒漠化關系

青藏高原鹽漬荒漠化土地比較發育，主要分布于構造盆地內更新世沖洪積平原和全新世湖泊退縮區。野外調查結果表明，構造盆地的地質結構直接控制著鹽堿質荒漠化的形成與發展。當由亞沙土與亞粘土組成互層地質結構時，且厚度＞5 m，地形平坦，地表土壤便廣泛發育著鹽堿質荒漠化。在這種地質結構控制下，淺層地下水與地表降水補給可在其中形成保水帶，當溫度升高，可將保水帶水分通過毛細作用虹吸至地表形成鹽漬荒漠化土地，這就是我國鹽漬荒漠化土地形成的地質機理之一。而當由亞沙土層和沙礫石層組成二元地質結構，且表層亞沙土層厚度＜2 m，下部沙礫石層厚度＞5 m時，形成的沖洪積或湖積平原區則是鹽漬荒漠化非發育區。主要原因有:①受地表亞沙土層厚度限制不能形成保水帶;②下部沙礫石層起到透水作用，降低表層保水性能;③因缺失保水帶，即使氣溫升高也不會產生毛細作用。

3.1.3 新構造隆起與濕地變遷及荒漠化形成的關系

新構造隆起不但是青藏高原濕地變遷，也是中國陸域濕地變遷的主要地質引因。同時濕地的變遷又將繼發地表水資源減少、濕地類型轉化、潛在荒漠化面積增加等復雜的生態環境問題。如構造隆升可導致原匯水盆地抬升，古湖泊遷移和河道變遷，不同類型濕地空間分布范圍、位置及面積的變化以及濕地類型間的轉化(如湖泊濕地轉化為河流濕地或沼澤濕地)，還可以發生濕地碎斑化、減少或消亡，最終引發區域生態環境變化等等。如果青藏高原東部隆起帶繼續隆升必將導致長江、瀾滄江、怒江源區與主干河道分離，河流濕地資源減少，使原本外流湖的生態環境類型轉變為內陸湖的生態環境類型。

3.1.4 湖積物質與沙質荒漠化關系

塔里木盆地位于青藏高原的西北側，屬于前陸壓陷盆地，面積約53萬km2。盆地內廣泛出露晚更新世湖積亞沙土地層，是中國最大的塔克拉瑪干沙漠和廣布的荒漠化土地形成的物質來源。

河西走廊位于青藏高原的東北側，也屬于前陸壓陷盆地。盆地內廣泛出露晚更新世湖積亞沙土、粉沙地層。局部地區雅丹地貌發育，是沙質荒漠化的物源區和侵蝕區。

3.2 氣候環境是動力來源

氣候環境包括溫度、降水量、蒸發量和風力等4個條件。青藏高原屬于高寒氣候類型，主要氣候特點是干燥寒冷、晝夜溫差大、干濕季節分明、無霜期短、降水量少、蒸發量大、相對濕度小、受高空西風氣流控制明顯。這種氣候條件為高原荒漠化發育提供了有利條件;而高原北部的新疆、甘肅及西北部內蒙古地區，受高原北緣北支西風急流及蒙古高壓極地大陸氣團，以及高原隆升影響，屏蔽了南部印度洋暖濕氣流的北上，造成上述地區溫度高、降水量小、蒸發量大，風力的侵蝕與搬運作用強等氣候環境，加之該地區多個古湖積盆地(塔里木、河西走廊、松遼盆地、內蒙古高原、華北平原)提供的沙質物質成分豐富，中國北方荒漠化形成已是必然。然而，伴隨青藏高原進一步隆升，導致南緣西風急流作用強度加大，并對位于其南部的云南、貴州、重慶、湖南和四川等地區氣候逐漸產生重大影響。這些地區越來越頻發的干旱、冰凍和其他突發性災害天氣，正在嚴重地威脅著該地區經濟發展和人民生命財產的安全，并逐步顯現出其可能成為我國不良氣候災害環境帶。

研究結果表明，高原隆升誘發的上述氣候環境對中國北方荒漠化和南方不良氣候災害帶的形成提供了動力來源。其作用原理有3點:①北緣北支西風急流及蒙古高壓極地大陸氣團，通過對中國北方地區形成的更新世和全新世湖積與沖積地層進行侵蝕、揚沙搬運與堆積作用，形成北方荒漠化;②南緣西風急流作用強度加大，使該帶高空云層變淡、變薄，甚至消失，迫使冷暖空氣對氣流效應減弱，并向北遷移，從而導致降水量減少或降水帶北移;③南緣西風急流作用強度加大是新構造運動引發青藏高原進一步隆升所產生的重要地質效應。

3.3 人類活動起到催化劑作用

人口迅速增長，城鎮無序膨脹、草地過度放牧、農田不科學耕作以及資源不合理開發等人類活動均加速了青藏高原及其周邊地區，乃至全國生態環境的惡化。

城鎮的無序膨脹不僅造成土地資源減少，水資源短缺，環境承載力加大，環境污染加重，而且使地質環境對城市擴展的安全性支撐程度面臨威脅。

草地過度放牧、農田不科學耕作與資源不合理開發則造成了土壤質地下降、植被退化、環境惡化及次生地質災害頻發，最終導致了沙質荒漠化加強。

4 結論

1)青藏高原快速隆升對原有的地貌單元、構造格局和河流走向等起到改變作用，是其后地質生態環境一系列演化事件的源頭。其作用不局限于高原內部，對整個中國乃至全球都有著深遠影響。

2)青藏高原快速隆升不僅改變了地質特征，而且還改變了氣候特征，為現代冰川發育、荒漠化及地質災害等的發生提供了外力因素。現代冰川的發育和演化為生態環境的改變提供了主要的水動力條件。

3)青藏高原地質環境是控制青藏高原及其周邊地區生態環境形成、發展與演化的基礎。

4)青藏高原氣候環境是我國生態環境變化的重要動力來源。尤其是高原北支西風急流作用，直接導致了中國北方沙質荒漠化的形成與演化;而高原南支西風急流作用，直接導致了中國南方不良氣候災害帶的形成，并可能存在嚴重的生態環境問題。

5)人類活動對青藏高原及其周邊地區，乃至全國的環境惡化起到了催化劑作用。

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Study of Qinghai－Tibet Plateau Uplift Response to Eco－geological Environment Based on Remote Sensing

ZHAO Fu－yue1，ZHANG Rui－jiang1，CHEN Hua1，SUN Yan－gui2
(1.China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources，Beijing 100083，China;2.Institute of Geological Survey of Qinghai Province，Xining 810012，China)

The rapid uplift of the Qinghai－Tibet Plateau has changed the morphologic units，the tectonic frameworks，the rivers strike，the Asian monsoon and the climate.On the basis of the survey and monitoring results of eco－geological environment and from the angle of the uplift of the Qinghai－Tibet Plateau，this paper systematically describes the eco－geological environment features，the response of eco－geological environment and its regularity in the Qinghai－Tibet Plateau.The results show that the geological environment of the Qinghai－Tibet Plateau is the foundation controlling the formation，development and evolution of ecological environment of the Qinghai－Tibet Plateau and its surrounding areas.The rapid uplift of the Qinghai－Tibet Plateau has provided external factors for modern glaciers，desertification and geological disasters.Besides，the climatic environment of the Qinghai－Tibet Plateau is the power source of ecological environment change in China.Human activities have played a catalytic role in ecological environment change in the Qinghai－Tibet Plateau and its surrounding areas.

Qinghai－Tibet Plateau uplift;geological environment;ecological environment;response;power source;catalyst

TP 79

A

1001－070X(2012)03－0116－06

趙福岳(1953－)，男，高級工程師，主要從事遙感地質和環境地質研究。E－mail:zfy@agrs.cn。

(責任編輯:邢宇)

10.6046/gtzyyg.2012.03.21

2011－09－15;

2011－10－17