第1章 典型山区基础数据集
1.1 典型山区选取
山区是山地主导的地理空间,是山、水、林、田、湖、草与人高度复合的地域综合体,其资源、生态、环境重要性尤为突出,是国家自然保护地的集中分布区,也是人类生态福祉区。山区还是大江大河的发源地,在水源涵养、生物多样性保持、气候与环境调节、旅游休闲等方面具有不可替代的功能。中国山地面积广大,约占陆地面积的65%,山区面积总体达到了72%,当前仍有4亿多人生活在山区[1]。山区地形复杂、环境梯度大、气候多样、土地利用与土地覆被空间差异大。山地垂直带谱发育,并因其环境的庇护性,在地球环境急剧变化过程中,成为许多动植物的避难所,延续着动植物的繁衍与进化,也是特有物种和旗舰物种的关键分布区域。
基于国家重点基础研究发展计划(973计划)“典型山地水土要素时空耦合特征、效应及其调控”项目,确立了三个典型山区:太行山区、横断山区以及黔桂喀斯特山区为研究对象。三个山区位于不同的气候区,水热条件差异明显,植被、土壤也不同,人类活动表现在土地利用的方式和强度上也各有不同,受气候变化影响,水土要素时空耦合特征也有变化,造成了一些资源环境和生态问题,具有区域代表性和典型性,是认识山区自然和人文相互作用、影响效应与促进山区国土空间开发格局优化的重要研究和实践区域。
1.1.1 太行山区
太行山区是我国东部一条重要的山脉,位于海河流域上游(35°N~41.5°N,111.5°E~116.5°E),既是华北平原重要的生态屏障,又是重要的水源涵养与补给区。太行山北起北京市西山,向南延伸至河南与山西交界的王屋山,东临华北平原,是中国地势第二级阶梯的东缘,是黄土高原和华北平原的天然分界线。其面积约13.7万km2,海拔在50~3000m,属于温带半湿润性大陆季风气候区,冬夏长,春秋短,年均降水量约600mm,降水量偏少且集中在夏季;区内群山连绵,沟壑纵横,地势整体上西北高东南低,低山丘陵、平原、盆地和河谷山川等均有分布;山区降水分布不均匀,迎风坡多,背风坡少;年均气温约12℃,无霜期在180d左右;山区植被类型以暖温带针阔叶混交林为主,林地和草地在不同海拔区均有分布,并有着丰富的经济作物及金属矿藏资源。太行山区土壤贫瘠,砾石含量高,水分短缺严重影响农林生态系统的功能,近年来土地退化、自然灾害频发,生态环境保护压力增大。区域内人口约950万,是人类活动较为频繁的区域。不利的自然条件和人类过度的开发导致了该区域生态系统的严重退化和生物多样性的严重丧失,引发了一系列生态环境问题,严重影响了该区域内经济社会的协调与可持续发展。
1.1.2 横断山区
横断山区地处中国西南的藏东、川西和滇西北一带,地势上是中国第一级阶梯向第二级阶梯的过渡地带,位于24.5°N~34°N,98°E~104.5°E,涵盖四川省、云南省和西藏自治区的98个区县,其面积约44.9万km2。横断山区地处亚热带和高原温带气候区,年均气温为15.3℃,海拔在400~7500m,地势北高南低、西高东低,岭谷高差极大,水量丰富,干湿季明显,降水、辐射、气温等垂直差异显著,是中国*长、*宽和*典型的南北走向的高山与峡谷组群。由于地形的影响,局地气候变化与差异明显,生境多样性促使区内动植物种类繁多,森林面积广布,植被水平地带性和垂直地带性明显,土地利用类型多样,地质构造复杂使得横断山矿产资源非常丰富。区内有怒江、澜沧江、金沙江、雅砻江、大渡河、岷江六大水系,水资源丰沛。区内人口约为2004万,主要集中在南部和东南地区。横断山区地形起伏大、山地灾害风险高是制约经济发展和人居安全的关键因素,山区生态环境建设和经济社会快速发展之间冲突的破解与权衡和调控是其空间可持续发展的关键。
1.1.3 黔桂喀斯特山区
黔桂喀斯特山区作为全球三大岩溶喀斯特集中分布的地区之一,位于中国西南地区,包括贵州、广西两省(自治区)共107个县,位于22.08°N~28.25°N,104.25°E~110.4°E,其东接湖南,西邻云南,北连四川,地势自西北向东南逐渐降低,*高海拔为2800m,面积约21.4万km2,喀斯特峰林、峰丛山地广布,平原(平坝)分布有限。区域内气候属于亚热带季风气候,主要受大气环流和高原地形的影响较大,导致该区域的海拔和气候变化差异明显,年均气温高于15℃,年降水量超过1200mm,受季风影响降水多集中在4~10月。区域内岩溶地貌发育,主要包括岩溶断陷盆地、峰丛洼地、峰林平原、岩溶槽谷和岩溶高原。喀斯特山区属于地球上一个独*且脆弱的自然环境区域,其生态变异灵敏度高,环境承载能力低下,承受灾害及恢复的能力弱,表现出多样性和脆弱性并存的典型特征。区内人口约为3691万,由于不合理的人类活动,叠加原本脆弱的喀斯特环境,该区域水土流失加剧,土地呈现石漠化现象,成为我国西南喀斯特地区*大的生态环境问题之一。
1.2 典型山区土地利用数据生产
1.2.1 方法与数据源
土地利用现状数据以Landsat卫星遥感影像为基础,参照中国科学院地理科学与资源研究所的分类系统,将土地利用类型划分为耕地、林地、草地、水域、城镇工矿居民用地和未利用地6类,其中又将林地细分为有林地、灌木林地、疏林地和其他林地4类,耕地细分为水田和旱地两类。各地类的遥感影像解译标志见表 1-1。通过遥感影像解译建立2010年土地利用数据库,以2010年土地利用数据为基础,通过2000年和2015年两期影像更新得到2000年和2015年的土地利用数据库,*后以2000年土地利用数据为基础,通过1990年的遥感影像更新得到1990年土地利用数据库。
表1-1 遥感影像专题信息解译标志
太行山区、横断山区、黔桂喀斯特山区1990年1∶10万土地利用数据精度验证主要从以下两个方面入手:一方面,查询相关文献资料,依据三大山区土地利用结构特征,从整体上判断该山区土地利用数据是否合理;另一方面,参考1990年前后各时期、各类型遥感影像,分地类采点进行详细精度验证。通过查询和计算三大山区土地利用类型、面积、比重,结合地区统计年鉴数据、相关文献资料,整体把握三大山区 1990 年土地利用数据精度。在此基础上,按照地类面积和分布区域随机均匀采点验证,通过样点精度判断与计算得到三大山区每一地类判读详细精度。据此,结合1990年TM影像再次判读与验证。
1.2.2 典型山区多期土地利用数据及其精度
1.2.2.1 太行山区
1. 土地利用数据
通过ArcGIS统计功能得到太行山区1990年、2000年、2010年和2015年四个时期的土地利用现状数据,见表1-2。
表1-2 1990年、2000年、2010年、2015年太行山区土地利用现状统计
注:由于四舍五入,百分比之和可能不为100%,下同。
由表1-2得出,1990年太行山区总面积为136893.79km2,其中,林地为40595.26km2,占总面积的29.65%;耕地为49750.18km2,占总面积的36.34%;草地为35870.54km2,占总面积的26.20%;水域为1884.53km2,占总面积的1.38%;城镇工矿居民用地为8705.28km2,占总面积的6.36%;未利用地为88km2,占总面积的0.06%。
2000年其林地为41209.08km2,占总面积的30.10%;耕地为48976.16km2,占总面积的35.78%;草地为35180.82km2,占总面积的25.70%;水域为1928.68km2,占总面积的1.41%;城镇工矿居民用地为9511.27km2,占总面积的6.95%;未利用地为87.77km2,占总面积的0.06%。
2010年其林地为40658.05km2,占总面积的29.70%;耕地为48861.44km2,占总面积的35.69%;草地为35669.63km2,占总面积的26.06%;水域为1812.68km2,占总面积的1.32%;城镇工矿居民用地为9764.03km2,占总面积的7.13%;未利用地为127.96km2,占总面积的0.09%。
2015年其林地为40803.26km2,占总面积的29.81%;耕地为47986.55km2,占总面积的35.05%;草地为35306.75km2,占总面积的25.79%;水域为1940.73km2,占总面积的1.42%;城镇工矿居民用地为10707.80km2,占总面积的7.82%;未利用地为148.69km2,占总面积的0.11%。
2. 精度验证
1990年在其六大地类共选取样点1742个,总精度达88.95%。其中,林地选取样点727个,精度达87.22%;耕地选取样点330个,精度达91.69%;城镇工矿居民用地选取样点275个,精度达92.31%;草地选取样点250个,精度达88.04%;水域选取样点110个,精度达94.59%;未利用地选取样点50个,精度达80.00%。
2000年在其六大地类共选取样点645个,总精度达87.54%。其中,林地选取样点340个,精度达91.00%;耕地选取样点115个,精度达88.85%;城镇工矿居民用地选取样点60个,精度达95.00%;草地选取样点100个,精度达80.40%;水域选取样点20个,精度达90.00%;未利用地选取样点10个,精度达80.00%。
2010年在其六大地类共选取样点1742个,总精度达87.96%。其中,林地选取样点727个,精度达87.43%;耕地选取样点330个,精度达90.21%;城镇工矿居民用地选取样点275个,精度达96.73%;草地选取样点250个,精度达80.40%;水域选取样点110个,精度达87.50%;未利用地选取样点50个,精度达84.00%。
2015年在其六大地类共选取样点1537个,总精度达87.44%。其中,林地选取样点600个,精度达84.16%;耕地选取样点310个,精度达85.73%;城镇工矿居民用地选取样点253个,精度达90.51%;草地选取样点224个,精度达81.25%;水域选取样点100个,精度达95.00%;未利用地选取样点50个,精度达78.00%。
1.2.2.2 横断山区
1. 土地利用数据
通过ArcGIS统计功能得到横断山区1990年、2000年、2010年和2015年四个时期的土地利用现状数据,见表1-3。
表1-3 1990年、2000年、2010年、2015年横断山区土地利用现状统计
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