2000—2020年呼倫湖面積動態變化及驅動因素分析

孟慶吉

摘 要：本研究以Landsat遙感影像為數據源，運用NDWI等方法，分析2000—2020年呼倫湖湖泊面積的變化規律，并探究產生變化的原因。結果表明：2000—2020年呼倫湖湖泊面積呈先減小后增大的態勢，2010年是湖泊變化的轉折點，2000—2005年湖泊面積縮減幅度最大，達326.1 km2。究其原因，氣溫的升高和降水量的減小，使研究區處于逐漸變干的狀態，增加了生態環境的不穩定因素;人口的增長和經濟的發展，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，在一定程度上促進了環境的恢復。

關鍵詞：呼倫湖;NDWI;遙感;變化;驅動因素

中圖分類號：P614 ? ? 文獻標識碼：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的重要組成部分，同時也是陸地水循環中不可缺少的物質承載。湖泊的擴張與萎縮直接反映出本地區氣候環境和人類活動的變化狀態，此問題逐漸受到學術界的廣泛關注[1-2]。遙感技術作為現代先進的觀測手段，具有獲取信息速度快、周期短等特點，已廣泛應用于資源環境的監測之中。

近年來多位學者對湖泊變化進行了廣泛的研究。研究發現，由于降水增加和蒸發減弱，致使2001—2016年青海湖湖泊面積處于擴張態勢[3]。基于NDSI和監督分類的方法，發現由于氣溫升高導致冰川持續消融，致使阿牙克庫木湖面積20年間在持續增長[4];基于面向對象的分類方法，研究發現，1975—2015年騰格里沙漠湖泊面積和數量均呈增加趨勢[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年在持續減少[6]。鑒于此，本研究以呼倫湖為研究區，以Landsat影像為數據源，基于歸一化水體指數等方法，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動因素，以期為干旱區湖泊變化趨勢的研究做出貢獻。

1 研究區概況

呼倫湖位于內蒙古自治區東部、大興安嶺西部，是東北地區第一大湖。該湖地處非季風氣候區，氣候較為干旱，降水量小且年際變化大，蒸發量大，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，是中國北方地區重要的鳥類棲息地和東部內陸鳥類遷徙的重要通道。

2 數據與方法

2.1 數據

本研究在考慮到研究區尺度、水體提取精度以及遙感數據的時間分辨率等信息后，選取了Landsat系列衛星作為數據源，分別選取了2000年、2005年和2010年的Landsat TM數據，以及2015年和2020年的Landsat OLI數據，分辨率均為30 m，共5幅;氣象數據來自中國氣象數據網，氣象站點為新巴爾虎右旗;人為因素數據來自《內蒙古統計年鑒》。

2.2 方法

在提取水體前，對遙感影像進行了輻射定標、大氣校正、波段融合和波段組合等預處理。經多次嘗試后，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（NDWI）的提取效果優于其他兩種方法，再結合閾值法和決策樹法提取出精準的矢量文件，最終導入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，增長區域主要為湖泊的東南部，湖泊面積的增長表明了研究區的生態環境有所改善，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，表明研究區生態環境狀況較為穩定，影響湖泊變化的相關因子的作用程度也在逐漸下降。湖泊的變化趨勢對整個區域的大環境變化起到指示作用，可作為對區域內生態質量水平進行評估的有力依據。

3.2 驅動因素

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處于不斷干旱的狀態。1980—2020年呼倫湖氣溫處于波動性增長態勢，最大值和最小值分別出現在2020年和1984年，數值分別為2.66 ℃和-0.6 ℃，其中，1980—1995年氣溫處于快速增長階段且極不穩定;1996—2006年氣溫總體較為穩定，多年平均值為1.64 ℃;2007—2020年氣溫總體處于增長狀態但變化幅度較大。近40年，氣溫的持續增長和降水量的不斷減少，表明呼倫湖氣候環境整體處于變干的狀態，湖泊水量補給來源受到威脅，此情況易造成濕地植被退化，致使呼倫湖生態環境變得更加脆弱，增加土地退化和水土流失的風險程度。

3.2.2 人為因素。人為因素作為人類活動的產物，其對生態環境也造成了不同程度的影響，尤其是在氣候干旱地區，人類活動對環境的干擾則更為明顯。因此本文選取了地區生產總值、耕地面積和年末總人口數3個指標來進行人類活動的分析，選取地區分別為滿洲里、新巴爾虎左旗和新巴爾虎右旗。地區生產總值由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;年末總人口數由22.22萬人增長為24.98萬人，增長了12.42%。地區生產總值的快速增長，表明工農業也在快速發展，這就造成了工農業需水量也在持續增加，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，進一步加劇了對自然環境的索取，致使對生態環境的破壞不斷加劇，處于干旱區的呼倫湖的不穩定因素增加。

4 結語

2000—2020年呼倫湖湖泊面積呈先減小后增大的態勢，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年是湖泊變化的轉折點，湖泊變化最大的區域是其東北部。湖泊面積縮減代表生態環境狀況在逐漸惡化，湖泊面積增加則表示人類活動干預逐漸減小并加強了保護。

多年來，氣溫的升高和降水的減少，促使研究區變得更加干旱，致使生態環境的不穩定因素增加，易造成土地沙漠化等自然環境問題。人口的增加和經濟的發展，使人類水資源消耗量持續增長，加快了湖泊退化的速度，但近些年來當地政府采取的各項措施促使生態環境的狀況有所恢復。

參考文獻：

[1] 胡東生.可可西里地區湖泊資源調查研究[J].干旱區地理，1992（3）：50-58.

[2] 駱成鳳，許長軍，曹銀璇，等.1974—2016年青海湖水面面積變化遙感監測[J].湖泊科學，2017（5）：1245-1253.

[3] 張洪源，吳艷紅，劉衍君，等.近20年青海湖水量變化遙感分析[J].地理科學進展，2018（6）：823-832.

[4] 陳軍，汪永豐，鄭佳佳，等.中國阿牙克庫木湖水量變化及其驅動機制[J].自然資源學報，2019（6）：1345-1356.

[5] 顏長珍，李森，逯軍峰，等.1975—2015年騰格里沙漠湖泊面積與數量[J].中國沙漠，2020（4）：183-189.

[6] 黃燕，楊娟，陳有明.湖北省湖泊現狀與變化遙感研究[J].華南地質與礦產，2019（2）：270-276.