基于高程的渾善達克沙地典型區正鑲白旗的荒漠化特征分析

李春蘭, 銀 山,, 包玉海, 張繼權, 胡日查, 阿拉騰圖雅, 包 剛, 魏寶成

(1.內蒙古師范大學 地理科學學院, 呼和浩特 010022; 2.內蒙古師范大學遙感與信息重點實驗室, 呼和浩特 010022; 3.東北師范大學 環境學院, 長春 130024)

基于高程的渾善達克沙地典型區正鑲白旗的荒漠化特征分析

李春蘭1, 銀 山1,2, 包玉海2, 張繼權3, 胡日查1, 阿拉騰圖雅1, 包 剛2, 魏寶成1

(1.內蒙古師范大學 地理科學學院, 呼和浩特 010022; 2.內蒙古師范大學遙感與信息重點實驗室, 呼和浩特 010022; 3.東北師范大學 環境學院, 長春 130024)

以渾善達克沙地典型區正鑲白旗為研究對象，應用GIS空間分析功能，從高程的角度分析該旗荒漠化的變化特征。結果表明：隨時間的推移，渾善達克沙地典型區正鑲白旗，荒漠化土地面積隨高程的增加比重減少；在高程為1級、3級和4級處，荒漠化土地面積變化幅度較大，在高程為2級、5級和6級處，荒漠化土地面積變化幅度較小，在荒漠化防治工作進行時重點關注1級、3級和4級，將荒漠化程度較高的土地轉換成程度較低的土地，使荒漠化的程度得以緩解；在1989，2000，2007年三個年份，渾善達克沙地典型區正鑲白旗整體均是以荒漠化擴展為主，不同高程荒漠化土地的變化程度不同，除高程為2級處出現一定程度緩解外，其余高程均出現很大程度的惡化。

高程; 渾善達克沙地典型區; 正鑲白旗; 荒漠化變化特征

荒漠化是當今全球關注的一個重大社會、經濟和環境問題，它威脅人類的生存，阻礙資源、環境和社會、經濟的可持續發展[1-2]。慈龍駿的研究表明，我國可能發生荒漠化的地區主要分布在29°—49°N，73°—123°E間的干旱、半干旱和亞濕潤干旱地區。我國荒漠化主要類型有：風蝕荒漠化、水蝕荒漠化、土壤理化特性或經濟特性退化、自然植被的長期退化及耕地的非農業利用等[2]。由此已經發生荒漠化的面積為262.2×104km2，占我國國土總面積的27.3%[3]。我國干旱、半干旱地區，尤其是黃河中上游地區，旱地農業在耕地中占很大比例，這里又是我國荒漠化發生最容易又最嚴重的地區。潛在的自然因子加上無序的人為活動，加速了荒漠化的進程，嚴重影響了旱地農業的發展。

數字高程模型DEM(Eigital ElevationModel)是代表陸地景觀中海拔高度空間分布的一種有序的數據集合，它由不連續的采樣點高程或由景觀中特定單元的平均高程組成。在GIS中，常用來定量研究地形的空間變化特征,利用DEM，可以提取一系列的原生或次生地形模型[4]。DEM能精確的記錄空間三維定位信息，是各種地學分析的重要基礎性數據。可以很方便的將其轉化為高程圖、坡向圖、坡度圖、斷面圖、暈渲圖等研究所需的圖，它的應用領域很廣泛[5]。在地學分析中，可通過DEM快速、簡單的提取高質量的海拔、坡度和坡向信息等各種地形因子[6]。根據實際情況，又對高程、坡度、坡向進行分級。分級要符合當地的自然規律，地形特征及對研究有實際意義[7]。

本研究主要使用ARC/INFO地理信息系統和R2V軟件獲得數據，從高程的角度來分析正鑲白旗土地荒漠化發生的位置，進而提出相應的保護策略，為該地區荒漠化的防治提供參考。

1 研究區概況

正鑲白旗位于錫林郭勒盟西南，內蒙古高原東南邊緣。介于114°15′—115°37′E，42°05′—43°02′N。東臨正藍旗，南接太仆寺旗和河北康保縣，西與鑲黃旗和烏蘭察布市化德縣接壤，北與蘇尼特左旗為鄰。正鑲白旗屬陰山山脈東延部分，內蒙古高原的東南邊緣，地形南高北低，中部微隆起，由東南向西北傾斜，海拔高度在1 100～1 400 m。最高點是八支箭汗海日罕山，海拔1 764 m。地處渾善達克沙地南緣與丘陵相接地區，南半部為丘陵和低山區，面積26.371 1萬hm2，地勢起伏較大，有著廣闊的天然牧場。北半部為大面積沙丘沙地，面積為27.90 萬hm2，占全旗總面積的45%。介于低山丘陵與沙地之間為一窄長的低丘地，面積為7.67萬hm2。氣候屬中溫帶半干旱大陸性季風氣候，寒冷、風大、干旱、無霜期短、溫差大、降雨量少且分布不均。年平均氣溫1.9℃，寒冷期長達半年之久，從10月到來年4月，最冷月(1月)平均氣溫-17.7℃，極端最低氣溫達-35.9℃，最熱月(7月)平均氣溫19.1℃，極端最高氣溫達34.9℃，年平均無霜期111 d。年平均風速達4 m/s，全年大風日數75 d(7～8 級風)。年平均日照時數2888 h，年均日照率65%。正鑲白旗年平均降水量363 mm，多集中在7—9月3個月，占全年降水量的68%，降雪量年平均27.1 mm。年均蒸發量為1 932 mm，是降水量的5倍多。

2 數據來源

本研究采用的數據資料是渾善達克沙地典型區正鑲白旗1∶5萬的36幅地形圖進行掃描、糾正后，用R2V軟件進行數字化，最后用Arc/Info9.0軟件建立研究區的DEM，進而得出不同高程下的不同荒漠化類型分布比例數據。再對渾善達克沙地1989年、2000年和2007年三個時期的TM遙感數據進行空間疊加法和轉移矩陣方法將1989年和2000年、2000年和2007年荒漠化矢量圖相互疊加，獲得1989—2000年、2000—2007年荒漠化土地相互轉換的數據，掌握不同類型的荒漠化土地和不同程度荒漠化土地之間的轉移情況，并用Microsoft Excel和SPSS軟件處理各類數據，建立荒漠化信息數據庫。

3 研究方法

3.1 數字高程模型(DEM)的生成

DEM影像的制作是在ARC/INFO地理信息系統和R2V軟件支持下進行的，采用了等高距為10 m的1∶50 000地形圖36幅。首先地形圖的數字化，建立地形等高線數字化矢量線圖；其次建立空間拓撲關系；矢量圖的地圖投影轉換、邊緣匹配處理及接邊；采用三角化不規則網方法，將矢量圖轉換成TIN數據結構，并進行空間插值；利用ARC/INFO的空間分析模塊將TIN數據結構轉成柵格數據結構形成DEM數字影像圖，柵格大小為30 m×30 m，與TM影像一像元的分辨率一致；空間分析模塊柵格，對DEM影像進行裁剪，形成研究區的DEM影像圖，本研究主要是通過正鑲白旗的DEM影像中的高程進行荒漠化的特征分析。

3.2 高程分級

研究區的高程分級參考了《2004年土地利用更新調查數據技術規定》并結合當地實際情況，高程分了6級。正鑲白旗大部分土地分布在高程1 030～1 450 m，分級時，高程1 030～1 450 m分了4級，1 450～1 760 m高程上土地分布面積少，所以簡單劃分兩級。

3.3 荒漠化特征信息的提取

根據中國三北地區荒漠化區域分類與發展趨勢綜合研究野外調查地質調查內容——技術要求中的《關于中國三北地區荒漠化分類分級及參考指正表的修訂》，將渾善達克沙地荒漠化按程度劃分為未荒漠化、輕度荒漠化、中度荒漠化、重度荒漠化、極重度荒漠化五級[8-9]，再結合實地調查建立解譯標志的基礎上，通過對1989年、2000年和2007年三個時期的TM遙感數據進行人機交互式目視解譯，獲得相應時段的荒漠化分布圖和屬性數據，在此基礎之上，通過對荒漠化分布現狀圖、動態分布圖和屬性數據的統計分析，得出渾善達克沙地1989年、2000年、2007年荒漠化程度數據、不同類型荒漠化土地的分布和動態變化數據。

正鑲白旗土地大部分面積分布在2級(1 150～1 250 m)和3級(1 250～1 350 m)上，占總面積的74.16%，4級上(1 350～1 450 m)分布14.86%，1級(1 030～1 150 m)和5級(1 450～1 600 m)上的總分布10%左右，6級(1 600～1 760 m)上的分布非常少，不到1%。高程在1 150 m以下的土地主要分布在白旗西北的烏蘭察布蘇木。分布面積最廣的2級高程主要分布在北部的沙地，烏蘭察布蘇木的部分地區和伊和淖爾蘇木的大部分地區。3級高程主要分布在白旗的東北部部分地區及中部丘陵的周圍，主要在明安圖鎮，4級及以上的高程分布在正鑲白旗中部及南部的低山丘陵帶。

4 結果與分析

4.1基于高程的渾善達克沙地典型區正鑲白旗的荒漠化現狀特征分析

4.1.1 不同高程下荒漠化現狀特征分析 應用GIS空間分析功能，疊加渾善達克沙地典型區正鑲白旗高程分級數據和荒漠化數據，可以得到該旗1989年、2000年、2007年的荒漠化現狀及動態數據(圖1—3)。

由圖1可知：1989年正鑲白旗高程1—6級中荒漠化程度所占比重最大的分別是重度荒漠化、極重度荒漠化、未荒漠化、未荒漠化、未荒漠化、極重度荒漠化，分別占了19.45%，75.7%，40.8%，22%，4.89%，0.27%，比重最小的分別是未荒漠化、未荒漠化、極重度荒漠化、重度荒漠化、極重度荒漠化、重度荒漠化，分別占了4.59%，27.3%，8.16%，1.5%，0，0，由此可知，正鑲白旗在高程為1，2，3，4級處荒漠化發生的類型齊全，2，3，4級處荒漠化發生的比例比較大。

圖1 1989年不同高程下荒漠化類型分布比例曲線圖

圖2 2000年不同高程下荒漠化類型分布比例曲線

從圖2可知：2000年正鑲白旗高程1～6級中荒漠化程度所占比重最大的分別是重度荒漠化、極重度荒漠化、未荒漠化、未荒漠化、未荒漠化、極重度荒漠化，分別占了19.45%，75.7%，40.8%，22%，4.89%，0.33%，比重最小的分別是未荒漠化、未荒漠化、極重度荒漠化、極重度荒漠化、極重度荒漠化、重度荒漠化，分別占了4.59%，27.3%，8.16%，1.5%，0，0，由此可知，高程為1，2，3，4級處荒漠化發生的類型齊全，2，3，4級處荒漠化發生的比例比較大。

圖3 2007年不同高程下荒漠化類型分布比例曲線

從圖3可知：2007年正鑲白旗高程1—6級中荒漠化程度所占比重最大的分別是中度荒漠化、極重度荒漠化、未荒漠化、未荒漠化、未荒漠化、極重度荒漠化，分別占了13.5%，71.5%，42.2%，27.9%，6.4%，0.393%，比重最小的分別是未荒漠化、極重度荒漠化、極重度荒漠化、極重度荒漠化和重度荒漠化、重度荒漠化，分別占了2.4%，20.5%，15%，2.12%，0.01%，0，由此可知，高程為1，2，3，4級處荒漠化發生的類型齊全，2，3，4級處荒漠化發生的比例比較大。

綜上所述，1989年、2000年和2007年三個年份的荒漠化土地在不同高程上的分布有以下共同特點：1級處重度荒漠化及其以上程度的荒漠化土地所占比重比較大，2級處中度荒漠化及其以上程度的荒漠化土地所占比重比較大，3級處中度荒漠化及其以下程度的荒漠化土地所占比重比較大，4級和5級是未荒漠化的土地比重占的比較大，6級是未荒漠化和極重度荒漠化的土地所占比重比較大，即隨著高程的增加，荒漠化土地所占比重減少，荒漠化程度降低。荒漠化程度較強的土地主要分布在海拔較低的高程上，隨著高程的升高荒漠化程度減弱。由于1級和2級高程低的地區主要是沙地，植被覆蓋度低，固定和半固定沙丘連綿分布，而海拔較高的3和4、5級是低山丘陵草原區，植被覆蓋度較高，退化土地恢復較好，所以荒漠化程度較低。所以在進行該地區荒漠化防治時重點關注低海拔地區。

4.1.2 同一高程下的荒漠化現狀特征分析 高程為1級時(圖4)，與1989年相比，2000年除重度荒漠化的比例略有降低外，其余程度的荒漠化比例均有略微的增加，而2007年除中度荒漠化的比例略有增高外，其余程度的荒漠化比例均出現較大程度的降低。高程為2級時(圖5)，1989年和2000年荒漠化的變化趨勢基本一致，即荒漠化的程度越高，所占比重越大，與前兩年相比，2007年中度荒漠化程度以下的比例略有降低，之后的比重出現較大程度的增加。高程為3級時(圖6)，1989年和2000年荒漠化的變化趨勢基本一致，即荒漠化的程度越高，所占比重越小，與前兩年相比，2007年中度荒漠化程度以下的比例略有降低，之后的比重出現較大程度的增加。高程為4級時(圖7)，與1989年相比，2000年除極重度荒漠化的比例略有降低外，其余程度的荒漠化比例變化趨勢基本一致，而2007年中度荒漠化程度以下的比例有較大程度的增加，之后的比重出現較大程度的降低。高程為5級時(圖8)，與1989年相比，2000年中度荒漠化程度以下的比例略有降低，之后的比重出現較大程度的增加。而2007年輕度荒漠化程度以下的比例有較大程度的增加，之后的比重出現較大程度的降低。高程為6級時(圖9)，1989年和2000年荒漠化的變化趨勢基本一致，即荒漠化的兩個極端占的比重較大，中間程度的比重較小，與前兩年相比，2007年荒漠化的變化的大致走向基本一致，但輕度荒漠化和中度荒漠化所占比重有較大程度的降低，其余程度的荒漠化比重有較大程度的增加。綜上所述，在1級、3級和4級高程處，三個年份中荒漠化土地的變化幅度較大，在2級、5級和6級高程處，三個年份中不同程度荒漠化的變化幅度較小。

圖4高程為1級圖5高程為2級

圖6高程為3級圖7高程為4級

圖8高程為5級圖9高程為6級

4.2基于高程的渾善達克沙地典型區正鑲白旗的荒漠化動態特征分析

1989—2000年間，不同高程的荒漠化土地動態變化統計如表1所示，總惡化面積為31 208.22 hm2，逆轉面積為29 988.6 hm2，惡化面積大于逆轉面積，說明該時段內主要以荒漠化擴展為主。具體的變化為，在高程為1級處惡化面積為1 726.83 hm2，逆轉面積為1 334.29 hm2，惡化面積大于逆轉面積，表現出荒漠化擴展的特征，在2級處惡化面積為8 668.99 hm2，逆轉面積為18 728.46 hm2，惡化面積明顯小于逆轉面積，表現出荒漠化巨縮小的特征，在3級處惡化面積為19 274.56 hm2，逆轉面積為9 475.35 hm2，惡化面積明顯大于逆轉面積，表現出荒漠化巨擴大的特征，在4級處惡化面積為1 450.36 hm2，逆轉面積為450 hm2，惡化面積明顯大于逆轉面積，表現出荒漠化巨擴大的特征，在5級處惡化面積為87.48 hm2，逆轉面積為0.18 hm2，惡化面積明顯大于逆轉面積，表現出荒漠化巨擴大的特征，在6級處的荒漠化幾乎沒有變化。

荒漠化程度加劇和惡化的地區主要發生在高程為1級、3級、4級和5級，變化程度4級>3級>5級>1級，其中3級和4級高程的變化程度巨大，1級和5級高程上有一定的加劇，但變化不大。而高程2級處的荒漠化出現緩解。

表1 1989-2000年不同高程的荒漠化惡化面積統計表 hm2

2000—2007年，不同高程的荒漠化土地動態變化統計如表1所示，總惡化面積為19 914.66 hm2，逆轉面積是18 878.56 hm2，惡化面積大于逆轉面積，但惡化幅度比1989—2000年的惡化幅度小，荒漠化總體上有所緩解。具體的變化為，在1級處惡化面積為2 181.6 hm2，逆轉面積為632.88 hm2，惡化面積明顯大于逆轉面積。表現出荒漠化巨擴大的特征，在2級處惡化面積為8 830.2 hm2，逆轉面積為10 627.92 hm2，逆轉面積大于惡化面積，表現出荒漠化縮小的特征，在3級處惡化面積為7 149.89 hm2，逆轉面積為6 125.05 hm2，惡化面積大于逆轉面積，表現出荒漠化擴大的特征，在4級處惡化面積為1 503.9 hm2，逆轉面積為1 434.03 hm2，惡化面積大于逆轉面積，表現出荒漠化擴大的特征，在5級處惡化面積為275.94 hm2，逆轉面積為58.68 hm2，惡化面積明顯大于逆轉面積，表現出荒漠化巨擴大的特征，在6級高程處的荒漠化幾乎沒有變化。荒漠化程度加劇和惡化的主要發生在高程為1級、3級、4級和5級，變化程度1級>3級>5級>4級，其中1級和3級高程的變化程度巨大，4級和5級高程上有一定的加劇，但變化不大。而高程為2級處的荒漠化出現緩解。

綜上所述，1989—2007年，渾善達克沙地典型區正鑲白旗整體是以荒漠化擴展為主，不同高程荒漠化土地的變化程度不同，除高程為2級處出現一定程度緩解外，其余高程均出現很大程度的惡化。

5 結 論

(1) 隨時間的推移，渾善達克沙地典型區正鑲白旗，隨高程的增加，荒漠化土地所占比重減少，荒漠化程度降低的總趨勢不變。

(2) 在1級、3級和4級高程處，荒漠化土地面積變化幅度較大，在高程為2級、5級和6級處，荒漠化土地面積變化幅度較小。在進行荒漠化防治工作時重點關注高程為1級、3級和4級的地方，將荒漠化程度較高的土地轉換成程度較低的土地。

(3) 1989年、2000年、2007年三個年份，渾善達克沙地典型區正鑲白旗整體是以荒漠化擴展為主，不同高程荒漠化土地的變化程度不同，除高程為2級處出現一定程度緩解外，其余高程均出現很大程度的惡化。

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BasedontheElevationtoAnalysistheCharacteristicsofDesertificationinZhengxiangbaiqiRegionintheClassicalSandLandHunshandake

LI Chun-lan1, YIN Shan1,2, BAO Yu-hai2, ZHANG Jiquan3,HU Ri-cha1, A Latengtuya1, BAO Gang2, WEI Bao-cheng1

(1.CollegeofGeographicalSciences,InnerMongoliaNormalUniversity,Hohhot010022,China; 2.RemoteSensingandInformationKeyLaboratony,InnerMongoliaNormalUniversity,Hohhot010022,China; 3.CollegeofEnvironment,NortheastNormalUniversity,Changchun130024,China)

In this paper, we took Zhengxiangbaiqi region in the classical sand land Hunshandake as the study area, and used the spatial analysis function of CIS to analyze the change characteristics of desertification. The results are as followings: the area of desertification in Zhengxiangbaiqi region has the relationship with the elevation, the area of desertification decreased and with the increase of elevation; in the grades of one, three and four, the area of desertification changes a lot, while in the grade of two, five and six, the area of desertification changes little. When taking measures to protect, we should pay more attention to the grades of one, three and four, and change the higher degree into a lower degree to alleviated the desertification; in the year of 1989, 2000 and 2007, the desertification of the classical sand land of Hunshandake in the Zhengxiangbaiqi region is spreading, and the desertification of different degree changes in different elevations. The others all deteriorated greatly except certain extent alleviation in the grade two.

elevation; classical sand land Hunshandake; Zhengxiangbaiqi region; change characteristic of desertification

2013-10-24

：2013-11-05

“十二五”科技支撐計劃項目資助(2013DAK05B01)；國家自然科學基金地區聯合資助重點項目(41161060)；內蒙古師范高層次人才和科研啟動經費資助的項目(YJRC12054)；內蒙古自治區自然基金(2013ZD08)；內蒙古師范大學重大項目培育專項項目(2013ZDPY04)；內蒙古牧區重大干旱災害風險評估與應對技術研究(20130430)；內蒙古牧區重大氣象災害風險預警與應急管理關鍵技術研究(2013MS0601)。

李春蘭(1989—),女,四川省綿陽人,博士研究生,主要研究雙動兩案教學和課堂教學行為研究及自然災害。E-mail:15598022233@163.com

銀山(1963—),男(蒙古族),內蒙古通遼人,博士,教授,主要從事自然地理學和荒漠化及自然災害方面的研究。E-mail:yinshan@imnu.edu.cn

P208

：A

：1005-3409(2014)04-0295-05