基于RS與GIS的博斯騰湖2007－2014年生態(tài)環(huán)境變化分析

揭文輝 付麗華 張策 魏本贊

（1.核工業(yè)航測遙感中心，石家莊 050002；2.東華理工大學地球科學學院，南昌 330013）

基于RS與GIS的博斯騰湖2007－2014年生態(tài)環(huán)境變化分析

揭文輝1,2付麗華1張策1魏本贊1,2

（1.核工業(yè)航測遙感中心，石家莊 050002；2.東華理工大學地球科學學院，南昌 330013）

博斯騰湖是我國最大的內(nèi)陸淡水湖，既是開都河的尾，又是孔雀河的源頭，是巴州各族人民生產(chǎn)、生活的生命之水。利用3S技術(shù)對博斯騰湖2007-2014年水域生態(tài)環(huán)境因子進行提取，提取2014年荒漠化面積3957.27km2，濕地面積1242.93km2，對比2007年荒漠化面積減少208.60km2，變化率為26.08km2/a，濕地面積增加12.33km2，變化率為1.54km2/a。自然因素及人類活動的共同作用引起了博湖生態(tài)環(huán)境的變化，短期的共同作用優(yōu)化了生態(tài)環(huán)境，但長時間劇烈作用下，人類活動因素的影響已超過自然因素，生態(tài)環(huán)境發(fā)生惡化，因此，需要加強博湖水域科研監(jiān)測力度，協(xié)調(diào)好自然生產(chǎn)資源可持續(xù)利用與社會經(jīng)濟平穩(wěn)進步的關(guān)系，以期達到區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)與社會經(jīng)濟體系的平衡。

博斯騰湖；生態(tài)環(huán)境；自然因素；人類活動

生態(tài)環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的前提。伴隨著社會生產(chǎn)力和科學技術(shù)的飛速發(fā)展，人類取得了前所未有的成就，與之相伴隨的是生態(tài)環(huán)境問題的日益突出，生態(tài)破壞日趨嚴重。博斯騰湖是典型的干旱區(qū)內(nèi)陸湖泊，它作為一種干旱區(qū)獨特的生態(tài)系統(tǒng)單元而存在，既是維系干旱區(qū)人類生存和發(fā)展的基本場所之一，也是干旱區(qū)氣候變化和環(huán)境變異的指示器[1-3]。干旱區(qū)內(nèi)陸湖泊萎縮、干涸、湖水咸化、湖泊水域自然環(huán)境資源受損、生態(tài)系統(tǒng)退化等已是普遍存在的問題，作為全國最大的內(nèi)陸淡水湖—博斯騰湖是新疆南疆地區(qū)的焉耆盆地、庫爾勒市和尉犁縣的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生活的主要的水源，同時也是塔里木河下游生態(tài)緊急輸水的直接水源[4]。因此，研究博斯騰湖水域生態(tài)環(huán)境動態(tài)變化及其氣候變化等自然因素和人類活動對其水域生態(tài)變化的影響作用，對于湖泊水域自然資源的合理開發(fā)、利用及保護具有及其重要的社會意義。

過去幾十年，隨著當?shù)厣鐣?jīng)濟的快速發(fā)展，人類不斷進行大規(guī)模的水土開發(fā)，湖區(qū)自然資源、生態(tài)環(huán)境受到氣候變化和人類活動的共同影響，使得博斯騰湖區(qū)域自然資源及生態(tài)環(huán)境問題日益突出。近些年來，學著們對博斯騰湖的研究逐漸增多，但大多數(shù)研究都集中在其流域濕地[5-7]、湖濱綠洲土壤[8-9]、生態(tài)環(huán)境效應[10]、生態(tài)修復[11-12]等生態(tài)環(huán)境問題，而對于水域生態(tài)環(huán)境動態(tài)變化及其驅(qū)動機理方面的研究較少。同時，近些年高分辨率遙感衛(wèi)星及遙感技術(shù)的快速發(fā)展為大區(qū)域自然資源及生態(tài)環(huán)境因子的提取及研究其動態(tài)變化提供了強有力的技術(shù)支持，提高了深入研究大區(qū)域自然資源及生態(tài)環(huán)境動態(tài)變化的可行性和科學性。

本文通過對2014年研究區(qū)博斯騰湖水域遙感影像圖進行解譯，提取水域自然資源（林地、草地、地表水）及生態(tài)環(huán)境（濕地、荒漠化）各因子面積信息，掌握博湖水域自然資源、生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀。通過對比該區(qū)域2007年遙感調(diào)查數(shù)據(jù)，結(jié)合水文、氣候、土壤及人類活動等數(shù)據(jù)資料，對其周邊區(qū)域自然資源、生態(tài)環(huán)境動態(tài)變化及其影響因素進行分析研究。通過對博斯騰湖區(qū)域自然資源、生態(tài)環(huán)境的動態(tài)變化監(jiān)測，分析研究其影響因素，為研究區(qū)自然資源的利用及生態(tài)環(huán)境的保護提供重要的科學理論依據(jù)。

一、研究區(qū)概況

研究區(qū)為博斯騰湖（以下簡稱博湖）水域，位于天山南麓焉省盆地東南最低處的新疆巴音郭楞蒙古自治州博湖縣境內(nèi),地理位置北緯,東經(jīng)，是新疆最大的湖泊，也是我國最大的內(nèi)陸淡水湖[13]（圖1）。博湖既是開都河的尾閭，又是孔雀河的源頭，兼有開都河來水的水資源調(diào)控、孔雀河流域農(nóng)田灌溉、工業(yè)及城鄉(xiāng)生活用水、流域生態(tài)環(huán)境保護和向塔里木河中下游緊急調(diào)水等多種功能，在水資源十分珍貴的新疆南部地區(qū)，有著十分重要的地位。

博湖位于天山南麓，焉耆盆地的東南，屬中生代斷陷湖。博湖四周高山環(huán)繞，春季氣候多變，干早少雨，夏季干燥炎熱，秋季降溫迅速，冬季寒冷，蒸發(fā)量大，全年多晴日。年平均氣溫7.9℃，1月份平均氣溫-12.7℃，極端低溫-30.2℃，平均水溫0.6℃；7月份平均氣溫22.8℃，極端高溫38℃，平均水溫23℃，平均日照率達67%-68%，湖區(qū)多年平均降水量為68.2mm，年蒸發(fā)量為1800-2000mm[14]。湖盆呈碟狀，中間低平，靠近湖岸水深急劇變淺。博湖湖體分為大、小兩個湖區(qū)以及葦沼區(qū)三部分組成，大湖區(qū)是湖體的主要部分，在大湖西南部還有一連串的淺泊，盛長蘆葦，習稱小湖葦區(qū)，葦沼區(qū)主要指在大湖西北和黃水灣一帶所分布的大量的蘆葦[15]。

二、數(shù)據(jù)源與研究方法

本文利用2014年新疆土地變更遙感影像數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，遙感影像時相均為夏秋季節(jié)6-9月份，通過GIS平臺，在1∶5萬尺度上，通過人機交互式方法、信息自動提取方式對研究區(qū)自然資源（林地、草地、地表水）及生態(tài)環(huán)境（荒漠化、濕地）各因子進行遙感解譯。通過野外調(diào)查與驗證，修正并完善前期解譯成果，然后進行各因子的數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

借助GIS平臺的分析功能，與2007年《全國生態(tài)地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測成果集成與綜合研究》數(shù)據(jù)進行疊加對比分析，制作荒漠化、濕地兩因子動態(tài)變化圖。由于本文主要從宏觀上分析生態(tài)環(huán)境在時空尺度上的變化及其驅(qū)動機理，不對荒漠化、濕地各因子進行細分。生態(tài)環(huán)境因子荒漠化、濕地與自然資源因子林地、草地、地表水相互關(guān)聯(lián)及影響，所以同時對自然資源各因子進行提取及對比分析。

三、結(jié)果與分析

3.1 研究區(qū)生態(tài)環(huán)境變化情況

通過對2014年新疆土地變更遙感數(shù)據(jù)的解譯，提取荒漠化面積3957.27km2，濕地面積1242.93km2。對比2007年《全國生態(tài)地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測成果集成與綜合研究》調(diào)查數(shù)據(jù)，荒漠化面積減少208.60km2，濕地面積增加12.33km2（表1）。

2007-2014年8年間，研究區(qū)內(nèi)荒漠化情況有所好轉(zhuǎn)，荒漠化減少幅度為5.01%，變化率為26.08km2/ a。區(qū)內(nèi)濕地面積有所增加，從2007年的1230.06km2增加到2014年的1242.93km2，變化率為1.54km2/a。研究區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境因子的分布面積呈不同程度的變化，荒漠化、濕地的變化程度及變化區(qū)域各不相同（圖2）。

3.2 研究區(qū)生態(tài)環(huán)境變化原因分析

3.2.1 氣候變化的影響

（1）近十年來研究區(qū)氣候總體呈暖濕化趨勢，地面氣溫呈上升趨勢[16]（圖3），降水量也有微弱的增幅，研究區(qū)屬于溫帶大陸性干旱與半干旱氣候，溫度和降水影響著荒漠化的發(fā)生發(fā)展，降水的增加可以引起土壤濕度、地表覆蓋的正效應變化，根據(jù)統(tǒng)計，研究區(qū)2014年林草面積為3589.16km2，相比于2007年的3482.55km2增加106.61km2，增加幅度為3.06%，植被的生長有助于弱化荒漠化的發(fā)生。

（2）焉耆盆地是新疆的一個半封閉山間盆地，盆地中的河流源于盆地西北部及北部的天山山區(qū)，由冰雪融水和降水混合補給。博湖位于盆地最低凹處，是盆地地表水和地下水的匯集區(qū)，受開都河、黃水溝、清水河等入湖補給河流影響較大。氣溫對徑流的影響是干旱區(qū)徑流不同于其它地區(qū)的顯著特點。氣溫作為熱量指標對徑流量的主要影響表現(xiàn)在以下幾個方面：一是影響冰川積雪的消融；二是影響流域總蒸散量；三是改變流域高山區(qū)降水形態(tài)；四是改變流域下墊面與近地面層空氣之間的溫差，從而形成流域小氣候[17]。研究表明，研究區(qū)年平均氣溫整體上呈增加趨勢，開都河、黃水溝、清水河的入湖徑流量有所增加，為博湖提供了水源補給，緩解了博湖水域濕地生態(tài)系統(tǒng)的惡化。

3.2.2 人類活動的影響

人類活動主要包括水土保持、水利工程等能夠顯著改變流域下墊面的人類有目的水利活動、社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整等非水利目的活動[18]。焉耆盆地自從20世紀60年代以來，人類的水事活動明顯增多。1990年焉耆盆地耕地面積為15.56×104hm2，到2012年增加到28.80×104hm2，擴大了28.50%以上。灌溉引水量由1986-1995年年均10.01×108m3增加到2003-2012年的10.13×108m3，同期人口增長36.28%[19]。隨著人口、耕地的增多及經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展，人類需要不斷為耕地引水灌溉以滿足日益增長的糧食需求，使得農(nóng)業(yè)灌溉量呈現(xiàn)快速增長趨勢，這些因素也大大的減少了入湖徑流量。21世紀初，博湖主要補給源值豐水期增加其水位，使流域及孔雀河沿岸受到洪水威脅，政府借此向塔里木河進行生態(tài)輸水以改善流域生態(tài)環(huán)境。2000-2011年通過孔雀河向塔里木河流域生態(tài)輸水12次，總計輸水25.52×108m3，結(jié)束了塔里木河下游河道近30年持續(xù)斷流歷史，有效改善其生態(tài)環(huán)境[20]。為了平衡當?shù)厣鐣?jīng)濟的發(fā)展，博斯騰湖流域內(nèi)修建了若干水利工程，主要包括引水工程、灌溉工程和灌區(qū)排水工程3類。其中，流域內(nèi)現(xiàn)有引水工程5座∶ 分別是位于焉耆盆地灌區(qū)的開都河第一分水樞紐和寶浪蘇木分水樞紐，位于流域下游的孔雀河第一、第二和第三分水樞紐，該工程總設(shè)計引水流量為173m3/s[21]。進入21世紀以來，人類活動對博湖水域生態(tài)環(huán)境影響日趨顯著，雖然水域內(nèi)水利工程雖對當?shù)亟?jīng)濟、生態(tài)環(huán)境的平衡與發(fā)展做出一定貢獻，但也使湖泊在各方面的變化都打上人類活動的烙印，人類活動的影響已超越自然因素自身的影響。

四、結(jié)論與討論

（1）從2007年至2014年，研究區(qū)內(nèi)荒漠化從4165.87km2減少到3957.27km2，變化率為29.8km2/a，荒漠化情況有所好轉(zhuǎn)。區(qū)內(nèi)濕地面積從1230.06km2增加到1242.93km2，變化率為1.76km2/ a，區(qū)內(nèi)濕地生態(tài)系統(tǒng)得到一定優(yōu)化。生態(tài)環(huán)境因子荒漠化、濕地具有相互促進相互影響的特點。研究區(qū)內(nèi)濕地面積的增加，在一定程度上抑制了荒漠化的發(fā)生和發(fā)展，荒漠化發(fā)生的減少，進一步優(yōu)化了濕地生態(tài)系統(tǒng)。

（2）近十年來，研究區(qū)內(nèi)氣候總體呈變暖趨勢，地面氣溫呈上升趨勢。冰川融水、大氣降水等較往年有所增加，同時國家出臺的退耕還林、退牧還草等政策影響了諸如地表徑流量、氣溫、蒸發(fā)量等環(huán)境因素。地表徑流量的增加使得開都河、黃水溝、清水河的入湖水量有所增加，同時促進地表的林地、草地資源的生長，較好的抑制了荒漠化的發(fā)生，促進生態(tài)環(huán)境的良好發(fā)展。在未來氣候持續(xù)上升的情況下，氣溫的升高會加劇地表水、地表林草資源的蒸發(fā)，反而會進一步促進荒漠化的發(fā)展，造成生態(tài)系統(tǒng)的惡化。為能夠有效抑制研究區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的惡化，有待于在未來持續(xù)的監(jiān)測和控制。

（3）研究區(qū)生態(tài)環(huán)境受到自然因素和人類活動因素的共同影響，近些年人類活動對區(qū)內(nèi)生態(tài)的影響已開始超過自然因素。人類居住地的需求，滴灌技術(shù)的應用，使得過去的荒漠化土地、濕地等發(fā)展為居住地、耕地等，人類的引水工程、灌溉工程、排水工程等不斷的實施，使得湖泊自然功能逐漸轉(zhuǎn)為水庫功能。博斯騰湖的生態(tài)環(huán)境效應非常明顯，對于巴音郭楞蒙古自治州乃至整個新疆南部地區(qū)的環(huán)境保護有著不可替代的作用。對于維系著巴州120多萬人口的工農(nóng)業(yè)及生活用水的“母親湖”來說，需要加強對博湖的科研監(jiān)測力度，協(xié)調(diào)好自然生產(chǎn)資源可持續(xù)利用與社會經(jīng)濟平穩(wěn)進步的關(guān)系，以期達到區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)與社會經(jīng)濟體系的平衡。

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中國風云四號氣象衛(wèi)星發(fā)射成功

12月11日零時11分，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心用長征三號乙運載火箭成功發(fā)射風云四號衛(wèi)星。風云四號衛(wèi)星實現(xiàn)了我國靜止軌道氣象衛(wèi)星升級換代和技術(shù)跨越，將對我國及周邊地區(qū)的大氣、云層和空間環(huán)境進行高時間分辨率、高空間分辨率、高光譜分辨率的觀測，大幅提高天氣預報和氣候預測能力。

風云四號衛(wèi)星是我國靜止軌道氣象衛(wèi)星從第一代（風云二號）向第二代跨越的首發(fā)星，也是我國首顆地球同步軌道三軸穩(wěn)定定量遙感衛(wèi)星，使用全新研制的SAST5000平臺，設(shè)計壽命7年。衛(wèi)星成功突破了代表國際前沿的高精度圖像定位與配準、微振動測量與抑制等20余項核心關(guān)鍵技術(shù)，裝載四種先進有效載荷，整體性能達到國際先進水平。

衛(wèi)星投入使用后，可更加精確地開展天氣監(jiān)測與預報預警、數(shù)值預報、氣候監(jiān)測。衛(wèi)星裝載的閃電成像儀能1秒鐘拍500張閃電圖，探測區(qū)域范圍內(nèi)的閃電頻次和強度，在國內(nèi)首次提供閃電預警。風云四號能每3分鐘對臺風區(qū)域進行觀測，可彌補目前在軌衛(wèi)星云圖分辨率不夠高的缺點，還將對災害及環(huán)境監(jiān)測、人工影響天氣、空間天氣研究等提供有力支撐。

此前，我國已成功發(fā)射14顆氣象衛(wèi)星（7顆衛(wèi)星在軌運行），成為世界上少數(shù)幾個同時擁有極軌和靜止軌道氣象衛(wèi)星的國家，形成了“多星在軌、統(tǒng)籌運行、互為備份、適時加密”的業(yè)務格局。目前，風云系列衛(wèi)星為全球70多個國家和地區(qū)、國內(nèi)超過2500家用戶提供服務，為多個行業(yè)和領(lǐng)域應用提供重要支撐。