西藏冻融侵蚀区下界海拔梯度特征分析

宫奎方

(西藏自治区水土保持局，西藏 拉萨 850000)

青藏高原是我国冻融侵蚀最集中和最强烈的区域[1]。青藏高原海拔高，气温日/季较差大，降水时段相对集中，冻融交替频繁，反复的冻融过程会影响土壤的物理性质，如团聚体稳定性、抗剪强度、可蚀性等，降低土地的生产能力，同时增加水力、风力、重力侵蚀等的物质来源，加重土壤侵蚀[2-7]，影响坡面土体的稳定[8-9]。

西藏海拔高、气温低、温差大的气候特性为冻融侵蚀的发展创造了条件，冻融侵蚀是西藏最主要的侵蚀类型，也是西藏所面临的主要生态环境问题之一[10]。冻融侵蚀威胁着耕地、草地资源，为崩塌、滑坡、泥石流等灾害创造了条件，加剧灾害的发生，从而严重威胁道路、堤坝等基础设施及人民生命财产安全，给当地的生产和人民生活造成了一定的影响。西藏冻融侵蚀区下界海拔梯度特征研究是冻融侵蚀研究的必要补充，对完善和认识冻融侵蚀具有积极作用，也是西藏开展冻融侵蚀动态变化监测的基础。

1 冻融侵蚀区下界的含义

冻融侵蚀是高寒地区由于温度的变化，导致土体或岩石中的水分发生相变，体积发生变化，以及由于土壤或岩石中不同矿物的差异胀缩造成土体或岩石的机械破坏，被破坏的土体或岩块在重力等作用下被搬运、迁移、堆积的整个过程[11-12]。

一般认为冻融侵蚀发生在多年冻土区，然而人们发现在多年冻土区外围100～300 m的范围内，外力作用仍以冻融作用为主，地貌类型也以冻融侵蚀地貌(冰缘地貌)为主[13-15]。冰缘区与多年冻土区就其冰缘地貌形成环境条件及形态类型来说，二者之间存在许多共同之处，一些实属冰缘的形态在多年冻土区之外亦有出现。因此，如果以西藏多年冻土区的下界作为冻融侵蚀区的下界，显然缩小了冻融侵蚀区的范围。冻融侵蚀区的下界与冻土学中冰缘区的下界更为接近，取冰缘区的下界作为冻融侵蚀区的下界更为合理。

2 冻融侵蚀区下界的确定方法

2.1 冻融侵蚀区下界的确定依据

冻融侵蚀区的下界比多年冻土区的下界低100～300 m。邱国庆等[15]利用青藏高原78个气象站的资料对青藏高原冻土区的年平均气温与纬度、经度、海拔的关系进行了回归分析，认为在青藏高原多年冻土带下界大致与年平均气温-2～-3 ℃界线相当。据此，选择年平均气温-2.5 ℃作为青藏高原多年冻土带的下限，并认为在此基础上再降低200 m作为冻融侵蚀区的下界是可行的。因此，取年均温-2.5 ℃的海拔值减去200 m作为西藏冻融侵蚀区下界。

2.2 冻融侵蚀区下界确定方法

根据张建国等的推导，冻融侵蚀区下界海拔可通过公式计算[11]，即

(1)

式中：H为冻融侵蚀区下界海拔，m；X1为纬度，(°)；X2为经度，(°)。

提取方法如下：①从中国科学院计算机网络信息中心国际科学数据镜像网站(http://datamirror.csdb.cn)下载SRTM DEM数据。②采用DEM提取纬度(X1)图层和经度(X2)图层；③计算冻融侵蚀区下界海拔(H)图层；④利用DEM图层与下界海拔图层计算冻融侵蚀区下界海拔以上区域图层；⑤叠加冻融侵蚀区下界海拔以上区域图层和土地利用类型图，在冻融侵蚀区下界海拔以上区域图层中剔除冰川、湖泊等。

3 冻融侵蚀区分布特征

3.1 冻融侵蚀区分布范围

西藏冻融侵蚀区分布面积大，成片集中分布于藏北、藏西，在藏南及藏东主要呈岛状分布于山体上部(见图1)。各地(市)冻融侵蚀区分布差异明显，主要分布在那曲市和阿里地区，该区域土壤侵蚀类型以冻融侵蚀为主；林芝市和山南市冻融侵蚀区分布较少，冻融侵蚀不是该区域的主要土壤侵蚀类型；拉萨市、日喀则市和昌都市冻融侵蚀区面积占全区冻融侵蚀面积比例较小，但也占到本区域土地面积的近一半，说明冻融侵蚀也是其主要侵蚀类型之一。

图1 西藏冻融侵蚀区空间分布

3.2 经向分布梯度特征

以经度1°、纬度1°为格网，获取每个格网中冻融侵蚀区分布最低海拔，该海拔值即为该格网区域冻融侵蚀区下界海拔，将沿经度方向变化数据用曲线表示，结果见图2。图2表明，西藏冻融侵蚀区下界海拔不同区域间差异大，从3 800 m至4 900 m，差异达1 100 m；冻融侵蚀区下界海拔具有从东到西递增的梯度特征，93°E以东基本低于4 500 m，93°E以西基本高于4 500m；冻融侵蚀区下界海拔东部差异大于西部，东部多在3 800 m至4 500 m之间，相差达700 m，西部多在4 500 m至4 900 m间，相差400 m。

图2 西藏冻融侵蚀区下界海拔经向分布

3.3 纬向分布梯度特征

以经度1°、纬度1°为格网，获取每个格网中冻融侵蚀区分布最低海拔，将沿纬度方向变化数据用曲线表示，结果见图3。图3表明，冻融侵蚀区下界海拔从南至北仍具有梯度变化特点，变化幅度小于沿经度方向的变化。在西部(86°～90°E间)表现为南高中低北高，以31°～33°N间较低；在东部(92°～97°E间)表现为南高北低，同样以31°～33°N间较低，再往北的区域不在西藏境内，但从地貌上看与西藏北部类似，在同经度范围冻融侵蚀区下界海拔也是增高的。从图1、图2还可以看出，在29°～32°N间，西藏冻融侵蚀区下界海拔在所有经度范围内(80°～97°E)均表现为南部高于北部。

图3 西藏冻融侵蚀区下界海拔纬向分布

3.4 各地区分布下界差异

以县级行政区为单元统计各区域冻融侵蚀区下界海拔，结果见表1和图4。西藏7个地(市)区域跨度大，难以表现出显著的梯度特征，但从总体上可以看出是东部低南部高。7个地(市)中，冻融侵蚀区最低下界海拔以位于东部的昌都市最低，为3 806 m；位于藏南的山南市最高，达4 592 m；其余5个地(市)从低到高依次是日喀则市(4 170 m)、那曲市(4 219 m)、阿里地区(4 295 m)、林芝市(4 357 m)、拉萨市(4 523 m)。各地(市)内冻融侵蚀区下界变幅较大，变幅最大的是日喀则市，达816 m，其次是昌都市，达602 m；变幅较小的是拉萨市和山南市，为200 m左右；那曲市、阿里地区和林芝市变幅为400 m上下。

表1 西藏冻融侵蚀区下界海拔统计

图4 西藏各地(市)冻融侵蚀区下界海拔

从县域范围看，冻融侵蚀区下界海拔最低值出现在昌都市的芒康县，为3 806 m；最高值出现在日喀则市的亚东县，为4 986 m。

4 结 论

西藏冻融侵蚀区分布广，成片集中分布于藏北、藏西，在藏南及藏东主要呈岛状分布于山体上部；各地(市)冻融侵蚀区分布差异明显，冻融侵蚀区主要分布在那曲市和阿里地区，该区域以冻融侵蚀为主，林芝市和山南市冻融侵蚀区分布较少。

西藏冻融侵蚀区下界海拔不同区域间差异大，从3 800 m至4 900 m，差异达1 100 m；冻融侵蚀区下界海拔具有从东到西递增的经向梯度特征，以及从南至北先由高降低再升高的纬向梯度特征。从行政区域看，西藏7个地(市)区域跨度大，难以表现出显著的梯度特征，但从总体上可以看出是东部低南部高。