2000—2020年呼伦湖面积动态变化及驱动因素分析

孟庆吉

摘 要：本研究以Landsat遥感影像为数据源，运用NDWI等方法，分析2000—2020年呼伦湖湖泊面积的变化规律，并探究产生变化的原因。结果表明：2000—2020年呼伦湖湖泊面积呈先减小后增大的态势，2010年是湖泊变化的转折点，2000—2005年湖泊面積缩减幅度最大，达326.1 km2。究其原因，气温的升高和降水量的减小，使研究区处于逐渐变干的状态，增加了生态环境的不稳定因素;人口的增长和经济的发展，致使对水资源需求量增加，加快了湖泊的退化速度;但政府实施的一些措施，在一定程度上促进了环境的恢复。

关键词：呼伦湖;NDWI;遥感;变化;驱动因素

中图分类号：P614     文献标识码：A       文章编号：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

湖泊作为全球水生态的重要组成部分，同时也是陆地水循环中不可缺少的物质承载。湖泊的扩张与萎缩直接反映出本地区气候环境和人类活动的变化状态，此问题逐渐受到学术界的广泛关注[1-2]。遥感技术作为现代先进的观测手段，具有获取信息速度快、周期短等特点，已广泛应用于资源环境的监测之中。

近年来多位学者对湖泊变化进行了广泛的研究。研究发现，由于降水增加和蒸发减弱，致使2001—2016年青海湖湖泊面积处于扩张态势[3]。基于NDSI和监督分类的方法，发现由于气温升高导致冰川持续消融，致使阿牙克库木湖面积20年间在持续增长[4];基于面向对象的分类方法，研究发现，1975—2015年腾格里沙漠湖泊面积和数量均呈增加趋势[5];基于自然演变和人类活动的双重影响，湖北省湖泊面积在1975—2017年在持续减少[6]。鉴于此，本研究以呼伦湖为研究区，以Landsat影像为数据源，基于归一化水体指数等方法，分析2000—2020年呼伦湖湖泊面积变化状况，研究影响其变化的驱动因素，以期为干旱区湖泊变化趋势的研究做出贡献。

1 研究区概况

呼伦湖位于内蒙古自治区东部、大兴安岭西部，是东北地区第一大湖。该湖地处非季风气候区，气候较为干旱，降水量小且年际变化大，蒸发量大，多年降水量在102～593 mm，多年平均气温为1.61 ℃，无霜期较短。湖泊整体呈东北-西南走向，湖泊面积约为2 100 km2，湖泊水量补给主要来源于哈拉哈河、乌尔逊河和克鲁伦河等河流，湖泊附近湿地面积广阔，水生动植物资源丰富，是中国北方地区重要的鸟类栖息地和东部内陆鸟类迁徙的重要通道。

2 数据与方法

2.1 数据

本研究在考虑到研究区尺度、水体提取精度以及遥感数据的时间分辨率等信息后，选取了Landsat系列卫星作为数据源，分别选取了2000年、2005年和2010年的Landsat TM数据，以及2015年和2020年的Landsat OLI数据，分辨率均为30 m，共5幅;气象数据来自中国气象数据网，气象站点为新巴尔虎右旗;人为因素数据来自《内蒙古统计年鉴》。

2.2 方法

在提取水体前，对遥感影像进行了辐射定标、大气校正、波段融合和波段组合等预处理。经多次尝试后，确定TM和OLI影像分别以4/3/2和5/4/3波段进行波段组合。在对比NDWI、MNDWI和RNDWI这三种水体信息提取方法后，归一化水体指数（NDWI）的提取效果优于其他两种方法，再结合阈值法和决策树法提取出精准的矢量文件，最终导入Arcgis软件中计算出湖泊面积。其中，这五期影像的阈值分别设定为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波段代表绿光波段，即TM和OLI中的第2和第3波段;NIR波段代表近红外波段，即TM和OLI中的第4和第5波段。

3 结果与分析

3.1 湖泊面积变化

由图1可以观察出，2000—2020年呼伦湖湖泊面积呈先减小后增大的趋势，2010年是湖泊变化的转折点，湖泊面积的扩大和缩小主要集中在呼伦湖的东北和东南区域。2000—2005年湖泊面积减小了326.1 km2，平均每年缩减65.22 km2;2005—2010年湖泊面积继续减小，为180.58 km2，平均每年缩减36.12 km2;2010—2015年湖泊面积增加了264.36 km2，平均每年增加52.87 km2，增长区域主要为湖泊的东南部，湖泊面积的增长表明了研究区的生态环境有所改善，人类活动对呼伦湖的影响程度逐渐降低，并逐渐加以保护;2015—2020年湖泊面积增长了4.25 km2，平均每年增加0.85 km2，此阶段湖泊增长幅度较小，表明研究区生态环境状况较为稳定，影响湖泊变化的相关因子的作用程度也在逐渐下降。湖泊的变化趋势对整个区域的大环境变化起到指示作用，可作为对区域内生态质量水平进行评估的有力依据。

3.2 驱动因素

3.2.1 自然因素。1980—2020年呼伦湖年降水量呈下降趋势且波动性较大，最大值和最小值出现在1998年和1986年，分别为593.4 mm和102.8 mm，多年平均值为236.36 mm，其中，1980—1998年降水量变化幅度较大，多年平均值为260.33 mm;1999—2020年降水量变化幅度较小，多年平均值为200.51 mm，多年平均值的减小表明研究区处于不断干旱的状态。1980—2020年呼伦湖气温处于波动性增长态势，最大值和最小值分别出现在2020年和1984年，数值分别为2.66 ℃和-0.6 ℃，其中，1980—1995年气温处于快速增长阶段且极不稳定;1996—2006年气温总体较为稳定，多年平均值为1.64 ℃;2007—2020年气温总体处于增长状态但变化幅度较大。近40年，气温的持续增长和降水量的不断减少，表明呼伦湖气候环境整体处于变干的状态，湖泊水量补给来源受到威胁，此情况易造成湿地植被退化，致使呼伦湖生态环境变得更加脆弱，增加土地退化和水土流失的风险程度。

3.2.2 人为因素。人为因素作为人类活动的产物，其对生态环境也造成了不同程度的影响，尤其是在气候干旱地区，人类活动对环境的干扰则更为明显。因此本文选取了地区生产总值、耕地面积和年末总人口数3个指标来进行人类活动的分析，选取地区分别为满洲里、新巴尔虎左旗和新巴尔虎右旗。地区生产总值由2000年的21.67亿元增长为2019年的228.33亿元，增长了10.5倍;耕地面积有所减少，由38 625 hm2减少为28 924 hm2;年末总人口数由22.22万人增长为24.98万人，增长了12.42%。地区生产总值的快速增长，表明工农业也在快速发展，这就造成了工农业需水量也在持续增加，人类汲取过多的水资源致使流入呼伦湖的水源逐渐减少，从而加剧了湖泊萎缩的速度。耕地面积虽然有所下降但人口的增长使得对资源的需求量增加，进一步加剧了对自然环境的索取，致使对生态环境的破坏不断加剧，处于干旱区的呼伦湖的不稳定因素增加。

4 结语

2000—2020年呼伦湖湖泊面积呈先减小后增大的态势，2000—2005年湖泊面积减小幅度最大，2010—2015年湖泊面积增长幅度最大，2010年是湖泊变化的转折点，湖泊变化最大的区域是其东北部。湖泊面积缩减代表生态环境状况在逐渐恶化，湖泊面积增加则表示人类活动干预逐渐减小并加强了保护。

多年来，气温的升高和降水的减少，促使研究区变得更加干旱，致使生态环境的不稳定因素增加，易造成土地沙漠化等自然环境问题。人口的增加和经济的发展，使人类水资源消耗量持续增长，加快了湖泊退化的速度，但近些年来当地政府采取的各项措施促使生態环境的状况有所恢复。

参考文献：

[1] 胡东生.可可西里地区湖泊资源调查研究[J].干旱区地理，1992（3）：50-58.

[2] 骆成凤，许长军，曹银璇，等.1974—2016年青海湖水面面积变化遥感监测[J].湖泊科学，2017（5）：1245-1253.

[3] 张洪源，吴艳红，刘衍君，等.近20年青海湖水量变化遥感分析[J].地理科学进展，2018（6）：823-832.

[4] 陈军，汪永丰，郑佳佳，等.中国阿牙克库木湖水量变化及其驱动机制[J].自然资源学报，2019（6）：1345-1356.

[5] 颜长珍，李森，逯军峰，等.1975—2015年腾格里沙漠湖泊面积与数量[J].中国沙漠，2020（4）：183-189.

[6] 黄燕，杨娟，陈有明.湖北省湖泊现状与变化遥感研究[J].华南地质与矿产，2019（2）：270-276.