2000—2020年呼倫湖面積動態(tài)變化及驅(qū)動因素分析

孟慶吉

摘 要：本研究以Landsat遙感影像為數(shù)據(jù)源，運用NDWI等方法，分析2000—2020年呼倫湖湖泊面積的變化規(guī)律，并探究產(chǎn)生變化的原因。結(jié)果表明：2000—2020年呼倫湖湖泊面積呈先減小后增大的態(tài)勢，2010年是湖泊變化的轉(zhuǎn)折點，2000—2005年湖泊面積縮減幅度最大，達(dá)326.1 km2。究其原因，氣溫的升高和降水量的減小，使研究區(qū)處于逐漸變干的狀態(tài)，增加了生態(tài)環(huán)境的不穩(wěn)定因素;人口的增長和經(jīng)濟的發(fā)展，致使對水資源需求量增加，加快了湖泊的退化速度;但政府實施的一些措施，在一定程度上促進(jìn)了環(huán)境的恢復(fù)。

關(guān)鍵詞：呼倫湖;NDWI;遙感;變化;驅(qū)動因素

中圖分類號：P614 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? 文章編號：1003-5168（2021）27-0102-03

Abstract： This study uses Landsat remote sensing images as the data source， taking NDWI and other methods to analyze the changes in the area of Hulun Lake from 2000 to 2020，and explore the reasons for the changes. The results show that the area of Hulun Lake will first decrease and then increase from 2000 to 2020. The year 2010 is a turning point of the lake's changes， with the largest decrease in area from 2000 to 2005， reaching 326.1 km2.The reason is that the increase in temperature and the decrease in precipitation have caused the study area to gradually dry out and increase the unstable factors of the ecological environment;population growth and economic development have led to an increase in the demand for water resources and accelerated the lake's degradation， but some measures taken by the government have promoted the restoration of the environment to a certain extent.

Keywords： Hulun Lake;NDWI;remote sensing;change;driving factors

湖泊作為全球水生態(tài)的重要組成部分，同時也是陸地水循環(huán)中不可缺少的物質(zhì)承載。湖泊的擴張與萎縮直接反映出本地區(qū)氣候環(huán)境和人類活動的變化狀態(tài)，此問題逐漸受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注[1-2]。遙感技術(shù)作為現(xiàn)代先進(jìn)的觀測手段，具有獲取信息速度快、周期短等特點，已廣泛應(yīng)用于資源環(huán)境的監(jiān)測之中。

近年來多位學(xué)者對湖泊變化進(jìn)行了廣泛的研究。研究發(fā)現(xiàn)，由于降水增加和蒸發(fā)減弱，致使2001—2016年青海湖湖泊面積處于擴張態(tài)勢[3]?；贜DSI和監(jiān)督分類的方法，發(fā)現(xiàn)由于氣溫升高導(dǎo)致冰川持續(xù)消融，致使阿牙克庫木湖面積20年間在持續(xù)增長[4];基于面向?qū)ο蟮姆诸惙椒?，研究發(fā)現(xiàn)，1975—2015年騰格里沙漠湖泊面積和數(shù)量均呈增加趨勢[5];基于自然演變和人類活動的雙重影響，湖北省湖泊面積在1975—2017年在持續(xù)減少[6]。鑒于此，本研究以呼倫湖為研究區(qū)，以Landsat影像為數(shù)據(jù)源，基于歸一化水體指數(shù)等方法，分析2000—2020年呼倫湖湖泊面積變化狀況，研究影響其變化的驅(qū)動因素，以期為干旱區(qū)湖泊變化趨勢的研究做出貢獻(xiàn)。

1 研究區(qū)概況

呼倫湖位于內(nèi)蒙古自治區(qū)東部、大興安嶺西部，是東北地區(qū)第一大湖。該湖地處非季風(fēng)氣候區(qū)，氣候較為干旱，降水量小且年際變化大，蒸發(fā)量大，多年降水量在102～593 mm，多年平均氣溫為1.61 ℃，無霜期較短。湖泊整體呈東北-西南走向，湖泊面積約為2 100 km2，湖泊水量補給主要來源于哈拉哈河、烏爾遜河和克魯倫河等河流，湖泊附近濕地面積廣闊，水生動植物資源豐富，是中國北方地區(qū)重要的鳥類棲息地和東部內(nèi)陸鳥類遷徙的重要通道。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)

本研究在考慮到研究區(qū)尺度、水體提取精度以及遙感數(shù)據(jù)的時間分辨率等信息后，選取了Landsat系列衛(wèi)星作為數(shù)據(jù)源，分別選取了2000年、2005年和2010年的Landsat TM數(shù)據(jù)，以及2015年和2020年的Landsat OLI數(shù)據(jù)，分辨率均為30 m，共5幅;氣象數(shù)據(jù)來自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)，氣象站點為新巴爾虎右旗;人為因素數(shù)據(jù)來自《內(nèi)蒙古統(tǒng)計年鑒》。

2.2 方法

在提取水體前，對遙感影像進(jìn)行了輻射定標(biāo)、大氣校正、波段融合和波段組合等預(yù)處理。經(jīng)多次嘗試后，確定TM和OLI影像分別以4/3/2和5/4/3波段進(jìn)行波段組合。在對比NDWI、MNDWI和RNDWI這三種水體信息提取方法后，歸一化水體指數(shù)（NDWI）的提取效果優(yōu)于其他兩種方法，再結(jié)合閾值法和決策樹法提取出精準(zhǔn)的矢量文件，最終導(dǎo)入Arcgis軟件中計算出湖泊面積。其中，這五期影像的閾值分別設(shè)定為0.05、0.09、0.03、0.09和0.06。NDWI的公式如下所示：

NDWI=（Green-NIR）/（Green+NIR）? ?（1）

式中，Green波段代表綠光波段，即TM和OLI中的第2和第3波段;NIR波段代表近紅外波段，即TM和OLI中的第4和第5波段。

3 結(jié)果與分析

3.1 湖泊面積變化

由圖1可以觀察出，2000—2020年呼倫湖湖泊面積呈先減小后增大的趨勢，2010年是湖泊變化的轉(zhuǎn)折點，湖泊面積的擴大和縮小主要集中在呼倫湖的東北和東南區(qū)域。2000—2005年湖泊面積減小了326.1 km2，平均每年縮減65.22 km2;2005—2010年湖泊面積繼續(xù)減小，為180.58 km2，平均每年縮減36.12 km2;2010—2015年湖泊面積增加了264.36 km2，平均每年增加52.87 km2，增長區(qū)域主要為湖泊的東南部，湖泊面積的增長表明了研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境有所改善，人類活動對呼倫湖的影響程度逐漸降低，并逐漸加以保護;2015—2020年湖泊面積增長了4.25 km2，平均每年增加0.85 km2，此階段湖泊增長幅度較小，表明研究區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況較為穩(wěn)定，影響湖泊變化的相關(guān)因子的作用程度也在逐漸下降。湖泊的變化趨勢對整個區(qū)域的大環(huán)境變化起到指示作用，可作為對區(qū)域內(nèi)生態(tài)質(zhì)量水平進(jìn)行評估的有力依據(jù)。

3.2 驅(qū)動因素

3.2.1 自然因素。1980—2020年呼倫湖年降水量呈下降趨勢且波動性較大，最大值和最小值出現(xiàn)在1998年和1986年，分別為593.4 mm和102.8 mm，多年平均值為236.36 mm，其中，1980—1998年降水量變化幅度較大，多年平均值為260.33 mm;1999—2020年降水量變化幅度較小，多年平均值為200.51 mm，多年平均值的減小表明研究區(qū)處于不斷干旱的狀態(tài)。1980—2020年呼倫湖氣溫處于波動性增長態(tài)勢，最大值和最小值分別出現(xiàn)在2020年和1984年，數(shù)值分別為2.66 ℃和-0.6 ℃，其中，1980—1995年氣溫處于快速增長階段且極不穩(wěn)定;1996—2006年氣溫總體較為穩(wěn)定，多年平均值為1.64 ℃;2007—2020年氣溫總體處于增長狀態(tài)但變化幅度較大。近40年，氣溫的持續(xù)增長和降水量的不斷減少，表明呼倫湖氣候環(huán)境整體處于變干的狀態(tài)，湖泊水量補給來源受到威脅，此情況易造成濕地植被退化，致使呼倫湖生態(tài)環(huán)境變得更加脆弱，增加土地退化和水土流失的風(fēng)險程度。

3.2.2 人為因素。人為因素作為人類活動的產(chǎn)物，其對生態(tài)環(huán)境也造成了不同程度的影響，尤其是在氣候干旱地區(qū)，人類活動對環(huán)境的干擾則更為明顯。因此本文選取了地區(qū)生產(chǎn)總值、耕地面積和年末總?cè)丝跀?shù)3個指標(biāo)來進(jìn)行人類活動的分析，選取地區(qū)分別為滿洲里、新巴爾虎左旗和新巴爾虎右旗。地區(qū)生產(chǎn)總值由2000年的21.67億元增長為2019年的228.33億元，增長了10.5倍;耕地面積有所減少，由38 625 hm2減少為28 924 hm2;年末總?cè)丝跀?shù)由22.22萬人增長為24.98萬人，增長了12.42%。地區(qū)生產(chǎn)總值的快速增長，表明工農(nóng)業(yè)也在快速發(fā)展，這就造成了工農(nóng)業(yè)需水量也在持續(xù)增加，人類汲取過多的水資源致使流入呼倫湖的水源逐漸減少，從而加劇了湖泊萎縮的速度。耕地面積雖然有所下降但人口的增長使得對資源的需求量增加，進(jìn)一步加劇了對自然環(huán)境的索取，致使對生態(tài)環(huán)境的破壞不斷加劇，處于干旱區(qū)的呼倫湖的不穩(wěn)定因素增加。

4 結(jié)語

2000—2020年呼倫湖湖泊面積呈先減小后增大的態(tài)勢，2000—2005年湖泊面積減小幅度最大，2010—2015年湖泊面積增長幅度最大，2010年是湖泊變化的轉(zhuǎn)折點，湖泊變化最大的區(qū)域是其東北部。湖泊面積縮減代表生態(tài)環(huán)境狀況在逐漸惡化，湖泊面積增加則表示人類活動干預(yù)逐漸減小并加強了保護。

多年來，氣溫的升高和降水的減少，促使研究區(qū)變得更加干旱，致使生態(tài)環(huán)境的不穩(wěn)定因素增加，易造成土地沙漠化等自然環(huán)境問題。人口的增加和經(jīng)濟的發(fā)展，使人類水資源消耗量持續(xù)增長，加快了湖泊退化的速度，但近些年來當(dāng)?shù)卣扇〉母黜棿胧┐偈股鷳B(tài)環(huán)境的狀況有所恢復(fù)。

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