基于RS與GIS的博斯騰湖2007－2014年生態環境變化分析

揭文輝 付麗華 張策 魏本贊

（1.核工業航測遙感中心，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年生態環境變化分析

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、生活的生命之水。利用3S技術對博斯騰湖2007-2014年水域生態環境因子進行提取，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環境的變化，短期的共同作用優化了生態環境，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，生態環境發生惡化，因此，需要加強博湖水域科研監測力度，協調好自然生產資源可持續利用與社會經濟平穩進步的關系，以期達到區域生態系統與社會經濟體系的平衡。

博斯騰湖；生態環境；自然因素；人類活動

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

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

本文通過對2014年研究區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）及生態環境（濕地、荒漠化）各因子面積信息，掌握博湖水域自然資源、生態環境現狀。通過對比該區域2007年遙感調查數據，結合水文、氣候、土壤及人類活動等數據資料，對其周邊區域自然資源、生態環境動態變化及其影響因素進行分析研究。通過對博斯騰湖區域自然資源、生態環境的動態變化監測，分析研究其影響因素，為研究區自然資源的利用及生態環境的保護提供重要的科學理論依據。

一、研究區概況

研究區為博斯騰湖（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,地理位置北緯,東經，是新疆最大的湖泊，也是我國最大的內陸淡水湖[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控、孔雀河流域農田灌溉、工業及城鄉生活用水、流域生態環境保護和向塔里木河中下游緊急調水等多種功能，在水資源十分珍貴的新疆南部地區，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%，湖區多年平均降水量為68.2mm，年蒸發量為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、小兩個湖區以及葦沼區三部分組成，大湖區是湖體的主要部分，在大湖西南部還有一連串的淺泊，盛長蘆葦，習稱小湖葦區，葦沼區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、數據源與研究方法

本文利用2014年新疆土地變更遙感影像數據為數據源，遙感影像時相均為夏秋季節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自然資源（林地、草地、地表水）及生態環境（荒漠化、濕地）各因子進行遙感解譯。通過野外調查與驗證，修正并完善前期解譯成果，然后進行各因子的數據統計。

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

三、結果與分析

3.1 研究區生態環境變化情況

通過對2014年新疆土地變更遙感數據的解譯，提取荒漠化面積3957.27km2，濕地面積1242.93km2。對比2007年《全國生態地質環境遙感監測成果集成與綜合研究》調查數據，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，研究區內荒漠化情況有所好轉，荒漠化減少幅度為5.01%，變化率為26.08km2/ a。區內濕地面積有所增加，從2007年的1230.06km2增加到2014年的1242.93km2，變化率為1.54km2/a。研究區內生態環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域各不相同（圖2）。

3.2 研究區生態環境變化原因分析

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生發展，降水的增加可以引起土壤濕度、地表覆蓋的正效應變化，根據統計，研究區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，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，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徑流不同于其它地區的顯著特點。氣溫作為熱量指標對徑流量的主要影響表現在以下幾個方面：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降水形態；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系統的惡化。

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、社會經濟結構調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、耕地的增多及經濟社會的飛速發展，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，使得農業灌溉量呈現快速增長趨勢，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輸水以改善流域生態環境。2000-2011年通過孔雀河向塔里木河流域生態輸水12次，總計輸水25.52×108m3，結束了塔里木河下游河道近30年持續斷流歷史，有效改善其生態環境[20]。為了平衡當地社會經濟的發展，博斯騰湖流域內修建了若干水利工程，主要包括引水工程、灌溉工程和灌區排水工程3類。其中，流域內現有引水工程5座∶ 分別是位于焉耆盆地灌區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環境影響日趨顯著，雖然水域內水利工程雖對當地經濟、生態環境的平衡與發展做出一定貢獻，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、結論與討論

（1）從2007年至2014年，研究區內荒漠化從4165.87km2減少到3957.27km2，變化率為29.8km2/a，荒漠化情況有所好轉。區內濕地面積從1230.06km2增加到1242.93km2，變化率為1.76km2/ a，區內濕地生態系統得到一定優化。生態環境因子荒漠化、濕地具有相互促進相互影響的特點。研究區內濕地面積的增加，在一定程度上抑制了荒漠化的發生和發展，荒漠化發生的減少，進一步優化了濕地生態系統。

（2）近十年來，研究區內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、蒸發量等環境因素。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生，促進生態環境的良好發展。在未來氣候持續上升的情況下，氣溫的升高會加劇地表水、地表林草資源的蒸發，反而會進一步促進荒漠化的發展，造成生態系統的惡化。為能夠有效抑制研究區生態系統的惡化，有待于在未來持續的監測和控制。

（3）研究區生態環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內生態的影響已開始超過自然因素。人類居住地的需求，滴灌技術的應用，使得過去的荒漠化土地、濕地等發展為居住地、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為水庫功能。博斯騰湖的生態環境效應非常明顯，對于巴音郭楞蒙古自治州乃至整個新疆南部地區的環境保護有著不可替代的作用。對于維系著巴州120多萬人口的工農業及生活用水的“母親湖”來說，需要加強對博湖的科研監測力度，協調好自然生產資源可持續利用與社會經濟平穩進步的關系，以期達到區域生態系統與社會經濟體系的平衡。

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中國風云四號氣象衛星發射成功

12月11日零時11分，我國在西昌衛星發射中心用長征三號乙運載火箭成功發射風云四號衛星。風云四號衛星實現了我國靜止軌道氣象衛星升級換代和技術跨越，將對我國及周邊地區的大氣、云層和空間環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。

風云四號衛星是我國靜止軌道氣象衛星從第一代（風云二號）向第二代跨越的首發星，也是我國首顆地球同步軌道三軸穩定定量遙感衛星，使用全新研制的SAST5000平臺，設計壽命7年。衛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余項核心關鍵技術，裝載四種先進有效載荷，整體性能達到國際先進水平。

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

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