基于多源遙感數據的多慶錯動態變化特征分析*

曾林 扎西央宗** 牛曉俊 德吉央宗 邊多 周刊社

（1.西藏自治區氣候中心；2.西藏自治區遙感應用研究中心，3.高分辨率對地觀測系統西藏數據與應用中心，西藏 拉薩 850000）

0 引言

青藏高原平均海拔4000m 以上，分布有全球面積最大的低緯度冰川群，被譽為“地球第三極”。青藏高原上有全球海拔最高、密集度最高、總面積最大和數量最多的高原內陸湖泊群，是亞洲多條重要大江大河的發源地，也被稱為“亞洲水塔”［1-4］。受全球氣候變化的影響，青藏高原的湖泊正在發生著不同趨勢、不同程度的變化，而湖泊的變化趨勢又是氣候變化的指示器，能有效地反映區域氣候變化和生態環境的變化特征［5-7］。西藏位于青藏高原西南部，是青藏高原的主體，平均海拔4500m，受人類活動的干擾較小，主要反映氣候變化等自然環境因素的影響，研究區域內湖泊變化能較好的揭示區域氣候環境變化特征。

湖泊面積變化是湖泊對氣候變化最直觀的反映。近年來，隨著遙感數據的豐富與技術的發展，使得對湖泊面積長時間變化研究成為可能。袁媛等［8］利用高分一號遙感影像，提取了2015年青藏高原上面積大于1km2的湖泊，結果表明1210 個湖泊整體呈擴張趨勢。閭利等［9］研究表明2000 年以來，青藏高原有138個湖泊面積大于50km2，且持續擴張趨勢顯著，湖泊變化和氣候要素具有顯著的相關性。牛沂芳等［10］研究結果顯示西藏部分湖泊呈擴張趨勢如南部的普莫雍錯和中部的納木錯，也有湖泊面積變化不明顯如西部的瑪旁雍錯。邊多等［11］研究表明色林錯呈擴張趨勢，1999—2008 年平均每年擴張42km2，并超過納木錯湖面面積，成為西藏第一大湖泊，其主要擴張原因是冰雪融水的增加。拉巴等［12］、楊秀海等［13］研究發現多慶錯湖泊面積呈顯著減小趨勢，主要受降水影響，與冰川退縮關系不明顯。

近年來，針對整體青藏高原湖泊和西藏較大湖泊的研究較多，而針對藏南小湖泊的研究較少。劉世好等［14］和吳中海等［15］發現多慶錯于2006 年4 至6 月與2016 年4 月湖水基本干涸，至下半年湖水又基本恢復原狀。多慶錯地處多慶錯國家濕地公園內，湖泊面積年內變化較大，針對該湖泊面積的研究多為年尺度，目前尚缺乏湖泊面積月尺度變化研究。因此，研究多慶錯湖泊面積月尺度變化特征以及氣候要素的變化，有助于了解該流域的生態環境變化特征。

本文利用陸地資源衛星Landsat 和國產高分系列等高分辨率衛星遙感影像資料對多慶錯開展湖面面積遙感動態監測研究，分析2018—2020年多慶錯逐月湖面面積變化情況，并結合月平均溫度、月累積降水量、月蒸發量等氣象觀測資料分析多慶錯湖面變化可能原因，旨在為開展湖泊生態環境保護和應對氣候變化提供科學參考依據。

1 研究區概況

多慶錯又名多情錯，是西藏著名的圣湖之一，位于日喀則市亞東縣和康馬縣交界處，地理坐標為89°14′～89°29′E、27°58′～28°36′N（圖1）。研究區處于卓木拉日山系和喜馬拉雅山脈之間，呈典型的斷陷盆地，其東側為卓木拉日山系，西側為帕里高原山地，湖面平均海拔為4471m［16］。多慶錯是一個高原淡水湖泊，主要補給源為雨季降水和南部冰川雪蓋融水，有麻曲、康曲和瓊桂藏布等河流水系匯入多慶錯。多慶錯流域氣候寒冷干燥，環境惡劣，陽光充足，植被主要以高寒沼澤草甸為主［17］。多年平均降水量為410mm，降水主要集中在6—9 月，且多為暴雨，導致流域內水土流失嚴重。近年來，全球氣候變化導致的區域氣溫升高和蒸發量增加，流域南部的冰川持續退縮，區域內河流徑流量減少，許多小溪流出現斷流現象，不少溪流已成為季節性河流［14］。

圖1 多慶錯流域概況圖

2 資料和方法

為研究多慶錯湖面面積年內變化特征，研究基于高分1 號（WFV 傳感器）、高分6 號（WFV 傳感器）、陸地資源衛星Landsat7（ETM+傳感器）和陸地資源衛星Landsat8（OLI 傳感器）等多源衛星遙感影像資料開展多慶錯湖泊面積遙感解譯提取分析，選用了2018—2020 年每月一景36 景遙感影像，選用數據源如表1，得到了多慶錯月尺度湖面面積數據。遙感影像的選取原則是湖泊上空晴空或極少云覆蓋，盡可能保證采用每個月中旬的遙感影像圖。由于雨季湖面有較多云覆蓋和傳感器重訪周期的限制，部分月份采用上旬或者下旬的遙感影像。由于多慶錯周圍無氣象觀測站，本文采用的氣象數據來自與多慶錯距離較近的帕里和江孜氣象站，氣象數據為2018—2020年月平均氣溫、月累計降水量、月累計蒸發量數據。

表1 研究區遙感數據源

表1（續）

由于西藏地形環境復雜，且受山體陰影和云的影響，水體自動提取方法準確性較低［8］。而且湖泊面積的提取還需要考慮色調、紋理和形狀等情況，為了提高提取精度，本文直接采用人工目視解譯方法對湖泊面積進行提取［18］。在ENVI 軟件中，對Landsat 系列和高分專項衛星遙感影像進行幾何校正、圖像配準和圖像增強等預處理。在ArcGIS軟件中，運用人工目視解譯方法對湖面數字化，并進行面積統計和空間分析。

3 湖泊面積變化

3.1 多慶錯時間變化特征

根據多源衛星遙感資料解譯得到2018—2020 年多慶錯逐月湖泊面積，該湖年內面積變化劇烈，年內變化基本呈現先上升后下降再上升再下降的趨勢，湖泊面積最小時幾近干涸，面積最大時可達54km2。多慶錯春季和秋季湖泊面積較穩定，夏季湖泊面積變化劇烈。2018年7月，多慶錯幾近干涸，面積僅為3.24km2，與年內面積最大值45.86km2（9 月）相差42.62km2，減少率為94.94%；2018年11月之后，湖泊面積急劇減少，12月至次年2月，湖泊面積穩定在5km2左右；2019年7月湖泊面積再一次急劇減少，為7.42km2，8至12月均高于在40km2；2020年湖泊面積年內變化與前兩年略有差異，最小值出現在6月（13.08km2），10月與11月湖泊面積為近三年最大，均達50km2以上，這可能與2020年年累計降水量為近三年最大值有關。

3.2 多慶錯空間變化特征

由于2018年多慶錯湖泊面積變化較大，所以選取2018 年1—12 月的湖泊空間變化圖進行分析，湖面變化較大的區域主要集中在湖的東部和南部，北部變化相對較小。1 月和2 月湖的東北部出水口處基本干涸，6 月湖泊面積從湖的西南部開始減少，至7 月，湖泊基本干涸，僅西南部入水口有部分水體。湖泊面積在2018年有兩次減少過程，在7月和12月基本干涸。

圖2 2018—2020年多慶錯逐月湖泊面積變化

圖3 2018年多慶錯逐月空間變化

4 多慶錯流域氣候變化分析

從多慶錯流域（帕里和江孜氣象站）2018—2020年逐月的月平均氣溫變化可知，1—12 月月平均氣溫變化趨勢基本一致，月平均氣溫大于0℃在4 月至11月，11 月至次年3 月小于0℃，每年6 月至9 月的月平均氣溫約為10℃。2018 年至2020 年年平均氣溫逐漸升高，2020 年年平均氣溫較2018 年增加0.25℃，增加率為7.27%.

從多慶錯流域（帕里和江孜氣象站）2018—2020年逐月的累計降水量可知，1—12 月的月累計降水量變化趨勢基本一致，降水主要集中在7月和8月，其中2020 年4 月和5 月分別較2019 年同期偏多24.15mm、36.65mm，每年10 月至次年2 月基本無降水。2018 年至2020 年年累計降水量先減少后增加，2020 年較2019年增加40.5mm，增加率為12.16%.

由于缺少2019 年10 月至2020 年4 月、2020 年10月至12 月的數據，故只對2018 年1—12 月與2019 年5—9 月和2020 年5—9 月的月累計蒸發量進行分析，每年5—9 月月累計蒸發量呈減少趨勢，2018 年和2019 年每月的月累計蒸發量基本相同；對每年5—9月蒸發總量進行統計，2018 年和2019 年分別為581.8mm、586.2mm，2020 年較2019 年減少125.35mm，減少率為27.2%；2018 年于4 月和10 月出現兩次峰值，5—9月蒸發量均較小。

圖4 多慶錯流域月平均氣溫、月降水量和月蒸發量變化

5 討論

多慶錯在2018—2020 年逐月湖泊面積變化波動幅度較大，年內變化基本呈現先上升后下降再上升再下降的趨勢，最小值一般出現在每年7月份，最大值出現在9—11月份，春季和秋季湖泊面積較穩定，夏季湖泊面積變化劇烈，尤其是2018 年7 月湖泊幾近干涸，面積僅為3.24km2。經我們到實地探訪，發現每年在春播時節前后，農牧民會在作為多慶錯主要補給源的麻曲、康曲和瓊桂藏布等河流水系上截流灌溉，導致多慶錯缺乏水源補給，慢慢地退縮，湖泊到7月份之后慢慢的恢復。而2020 年湖泊面積最小值出現在6 月份，主要是因為多慶錯流域2020 年雨季較常年偏早，4-5 月份降水較常年偏多，農業灌溉需水量較少等。多慶錯湖面在2018 年和2020 年均出現2 月份水域面積較1月份有所減少的情況，可能原因是在2月份較1月份溫度上升、蒸散發量增加，而降水量卻沒有明顯變化。而在2019 年2 月份較1 月份溫度上升、蒸發量增加的同時，降水量有顯著的增加，補充了蒸散發的損失量，所以湖面面積沒有明顯變化。多慶錯湖面面積變化有明顯的空間分布特征，2018 年1—12 月湖面變化較大的區域主要集中在湖的東部和南部，北部變化相對較小。

多慶錯流域年內月平均氣溫變化主要呈單峰狀，最高值出現在7 月份，最低值出現在1 月份，年內有4—11 月共8 個月平均氣溫大于0℃。多慶錯流域年內月累計降水量呈單峰狀分布，降水主要集中在7 月和8月，10月份至次年2月份，降水幾乎為零。年內月累計蒸發量呈雙峰狀分布，極大值出現在4 月份和10月份，1—4月份隨著溫度的升高，蒸散發量逐漸增高；5—9 月份隨著雨季的到來，陰雨天氣較多，蒸發量較少；9月份之后，晴空天氣增多，蒸散發增加，10月份再次達到峰值，11—12月份隨著溫度的降低蒸散發逐漸減少。

6 結論

多慶錯湖面面積2018—2020 年年內呈雙峰狀波動變化，最低值一般出現在6—7 月份，主要是春夏季節農牧民截流多慶錯主要河流用于農業灌溉，導致多慶錯缺乏水源補給；最高值出現在9—10月份，主要原因是雨季充沛的降水量給多慶錯豐富的水源補給；10月份至次年1月份的湖面面積變化主要是蒸散發量變化和溫度變化引起的冰川融水量變化。

多慶錯湖面年內有明顯的空間變化特征，湖面面積的增加和減小都主要集中在湖泊的東部和南部，湖泊的西北部變化不明顯。

多慶錯流域年內月平均氣溫變化主要呈單峰狀，最高值出現在7 月份，最低值出現在1 月份。年內月累計降水量呈單峰狀分布，降水主要集中在7 月和8月，10 月份至次年2 月份，降水幾乎為零。年內月累計蒸發量呈雙峰狀分布，年內月累計蒸發量呈雙峰狀分布，極大值出現在4月份和10月份。