肅南縣典型草地生態環境監測分析

徐延欣

（肅南裕固族自治縣氣象局，甘肅 張掖 734400）

1 環境特征及草地資源

肅南裕固族自治縣（以下簡稱：肅南縣），地處河西走廊中部，祁連山北麓一線。由北向南處于蒙新大陸性氣候區和青藏高原高山氣候區的交接帶,自東向西處于溫帶季風性氣流影響的最西端,瀕臨中亞荒漠中心。

肅南縣氣候寒冷,植物生長周期短,大多數地區草地植被低矮密集,屬低草區。天然草地資源的空間分異特征明顯,自西向東分為荒漠草原、高寒草原和山地草原。

2 資料和方法

選取肅南縣本站1957—2020年平均氣溫、降水資料；選取2020年1—12月皇城鎮附近山地草原草地類下墊面、康樂鎮（康樂草原）附近的高寒草原草地類下墊面、祁豐鄉附近的荒漠草原草地類類下墊面為代表的遙感監測數據，配合衛星同步觀測資料（MODIS遙感影像），形成肅南縣遙感監測影像。

3 肅南縣氣候背景

肅南縣全域屬高寒半干旱氣候，常年平均氣溫相對較低。近60 a平均降水量為267 mm，在甘肅省河西地區，屬中等降水量級。由圖1（a）—（d）可以看出，溫度和降水均呈現逐年增多的趨勢，且自20世紀80年代后期，增溫進一步明顯，這也與同期內全球氣候變暖有直接相關。從空間角度看（圖1（e）、圖（f）），平均氣溫呈南冷北暖、降水量呈南多北少的空間分布特征，這也與肅南縣處于祁連山北麓的地理分布密切相關[1-2]。

圖1 (a)60a逐年平均氣溫變化趨勢 (b)60a逐年降水量變化趨勢(c)平均氣溫距平 (d)降水量距平(e)平均氣溫空間分布 （f）降水量空間分布

4 生態監測站點分布

選取2020年1—12月皇城鎮附近山地草原草地類下墊面（101°48’36.00"東；37°54’44.00"北；海拔2 520 m）、康樂鎮（康樂草原）附近的高寒草原草地類下墊面（99°49’20.00"東；38°46’16.00"北；海拔3 230 m）、祁豐鄉附近的荒漠草原草地類下墊面（98° 8’6.35"東；39°40’44.39"北；海拔1 900 m）為代表的遙感監測站點，定性分析反映肅南不同典型草原草地（下墊面）區植被生長情況。

站點監測內容包括：歸一化植被指數（NDVI）、地表溫度（LST）、地上生物量、10～50 cm土壤含水量—水勢—溫度、近紅外入射和反射光量子通量密度、紅光入射和反射光量子通量密度等地表關鍵參數。站點配置GPRS遠傳數據傳輸模塊，可實現無人值守和數據遠程控制下載。2021年，陸續建立生態氣象監測運行平臺，實現數據匯集。

5 生態監測情況

5.1 植被生長狀況站點監測

由自動站獲取的逐日NDVI實測數據可以看出，在2020年1—12月站點監測的植被生長均呈現增長態勢，其中肅南縣西段祁豐鄉荒漠植被生長狀況整體較差，NDVI介于0.01～0.37，在8月22日NDVI達到最大；中段康樂鎮高寒草地植被生長狀況最好，且生長變化較穩定，NDVI介于0.11～0.83，在7月24日NDVI達到最大；東段皇城鎮山地草原植被生長狀況較好，NDVI介于0.08～0.55之間，在8月26日NDVI達到最大，如圖2所示。

圖2 2020年1—12月祁豐鄉（西）、康樂鎮（中）、皇城鎮（東）植被NDVI

總體而言，3個自動站的植被NDVI監測結果較為穩定，且符合肅南縣東、中、西各段的植被類型的生長特點，在各下墊面具有典型代表性，適合開展祁連山植被生長狀況長期監測分析，適合開展祁連山中段衛星遙感監測產品服務應用工作。

5.2 地表溫度站點監測

圖3 2021年1-12月祁豐鄉（西）、康樂鄉（中）、皇城鎮（東）地表溫度

從自動站獲取的逐日地表溫度（LST）實測數據可以看出，在2021年1—12月站點監測的LST數值差異較大，但總體符合各下墊面類型的地表溫度變化特點，其中肅南縣中段康樂鎮的高寒草地植被區海拔相對較高、植被生長狀況較好、植被覆蓋度高，因此該樣區的LST也相對較低（圖3），數值介于-30.5～42.0 ℃（表1），且變化幅度小，生態環境較為穩定；西段祁豐鄉荒漠植被區海拔高度相對較低、植被生長狀況整體較差，植被覆蓋度低，因此該樣區LST變化幅度大、對日照強度敏感，數值相對較高，介于-30.1～55.7 ℃之間，自然環境較為惡劣；東段皇城鎮山地草原植被區LST變化情況介于中段和西段之間，生態環境狀況處于3個樣區的中間水平，當在植被返青和生長前期（6月前），覆蓋度較低時，LST變化與祁連山西段荒漠植被樣區相類似，當在盛草期以后（6月后），植被覆蓋度較高時，LST變化趨于穩定，與祁連山中段高寒草地樣區（康樂鎮）相類似。

表1 2021年1-12月祁豐鄉（西）、康樂鄉（中）、皇城鎮（東）地表最高、最低溫度

總體而言，3個自動站的LST監測結果較為符合肅南縣西、中、東各段的植被類型的生長特點，在各下墊面具有典型代表性，適合開展祁連山中段衛星遙感監測產品服務應用工作。

5.3 衛星遙感空間監測

從中分辨率成像光譜儀（MODIS）月NDVI產品可以看出，區域植被NDVI基本一致，從6月開始祁連山地區植被生長開始加快，7—8月植被綠度達到最高，植被生長狀況達到最好，9月后植被綠度開始降低，總體符合該地區植被生長的變化特征（注：8月份MODIS影像缺測）。

據以上MODIS衛星資料監測分析：7月份肅南縣中東部及偏南區域植被指數在0.3以上，表明該區域植被長勢最好，西部及偏北區域植被指數在0.3以下；9月份中部偏南區域植被指數在0.3以上，相較7月份植被長勢較好區明顯減小，并向南部山區延退；10月份只有偏南部地區植被指數在0.3～0.5之間，其余地區植被指數在0.3以下，植被長勢明顯減退。

6 結語

肅南縣地處河西走廊中部，祁連山北麓一線，其天然草地資源自西向東分為荒漠草原、高寒草原、山地草原。年平均溫度和降水均呈現逐年增多的趨勢，尤其20世紀80年代后期，增溫進一步明顯。空間上平均氣溫呈南冷北暖、降水量呈南多北少的分布特征，與肅南縣地處祁連山北麓的地理環境密切相關。

選取位于祁豐鄉附近的荒漠草原草地類下墊面、康樂鎮（康樂草原）附近的高寒草原草地類下墊面、皇城鎮附近山地草原草地類下墊面類下墊面為代表的遙感監測站點，監測不同典型草地下墊面NDVI及LST等，以開展祁連山中段衛星遙感監測產品服務工作。

以2020年1—12月為例，肅南縣西段祁豐鄉荒漠植被生長狀況整體較差，NDVI介于0.01～0.37；中段康樂鄉高寒草地植被生長狀況最好，且生長變化較穩定，NDVI介于0.11～0.83；東段皇城鎮山地草原植被生長狀況較好，NDVI介于0.08～0.55之間。配合MODIS影像，6月開始祁連山地區植被生長開始加快，7—8月植被綠度達到最高，植被生長狀況達到最好，9月后植被綠度開始降低，總體符合該地區植被生長的變化特征。

肅南縣西段祁豐鄉荒漠植被區海拔高度相對較低、植被生長狀況整體較差、植被覆蓋度低，因此該樣區LST變化幅度大、對日照強度敏感，數值相對較高，自然環境較為惡劣；中段康樂鎮的高寒草地植被區海拔相對較高、植被生長狀況較好、植被覆蓋度高，該樣區的LST也相對較低，且變化幅度小，生態環境較為穩定；東段皇城鎮山地草原植被區LST變化情況介于中段和西段之間，生態環境狀況處于3個樣區的中間水平。

近年來，全縣大力開展祁連山生態保護建設，肅南縣氣象局建成甘肅省首個縣級生態氣象和衛星遙感中心，陸續開展生態氣象監測建設，監測不同區域植被生長的變化特征，對于完善祁連山國家公園生態氣象觀測網絡，助力祁連山中段生態保護工作起到積極作用。