基于RS与GIS的博斯腾湖2007－2014年生态环境变化分析

揭文辉 付丽华 张策 魏本赞

（1.核工业航测遥感中心，石家庄 050002；2.东华理工大学地球科学学院，南昌 330013）

基于RS与GIS的博斯腾湖2007－2014年生态环境变化分析

揭文辉1,2付丽华1张策1魏本赞1,2

（1.核工业航测遥感中心，石家庄 050002；2.东华理工大学地球科学学院，南昌 330013）

博斯腾湖是我国最大的内陆淡水湖，既是开都河的尾，又是孔雀河的源头，是巴州各族人民生产、生活的生命之水。利用3S技术对博斯腾湖2007-2014年水域生态环境因子进行提取，提取2014年荒漠化面积3957.27km2，湿地面积1242.93km2，对比2007年荒漠化面积减少208.60km2，变化率为26.08km2/a，湿地面积增加12.33km2，变化率为1.54km2/a。自然因素及人类活动的共同作用引起了博湖生态环境的变化，短期的共同作用优化了生态环境，但长时间剧烈作用下，人类活动因素的影响已超过自然因素，生态环境发生恶化，因此，需要加强博湖水域科研监测力度，协调好自然生产资源可持续利用与社会经济平稳进步的关系，以期达到区域生态系统与社会经济体系的平衡。

博斯腾湖；生态环境；自然因素；人类活动

生态环境是人类赖以生存和发展的前提。伴随着社会生产力和科学技术的飞速发展，人类取得了前所未有的成就，与之相伴随的是生态环境问题的日益突出，生态破坏日趋严重。博斯腾湖是典型的干旱区内陆湖泊，它作为一种干旱区独特的生态系统单元而存在，既是维系干旱区人类生存和发展的基本场所之一，也是干旱区气候变化和环境变异的指示器[1-3]。干旱区内陆湖泊萎缩、干涸、湖水咸化、湖泊水域自然环境资源受损、生态系统退化等已是普遍存在的问题，作为全国最大的内陆淡水湖—博斯腾湖是新疆南疆地区的焉耆盆地、库尔勒市和尉犁县的工农业生产及人民生活的主要的水源，同时也是塔里木河下游生态紧急输水的直接水源[4]。因此，研究博斯腾湖水域生态环境动态变化及其气候变化等自然因素和人类活动对其水域生态变化的影响作用，对于湖泊水域自然资源的合理开发、利用及保护具有及其重要的社会意义。

过去几十年，随着当地社会经济的快速发展，人类不断进行大规模的水土开发，湖区自然资源、生态环境受到气候变化和人类活动的共同影响，使得博斯腾湖区域自然资源及生态环境问题日益突出。近些年来，学着们对博斯腾湖的研究逐渐增多，但大多数研究都集中在其流域湿地[5-7]、湖滨绿洲土壤[8-9]、生态环境效应[10]、生态修复[11-12]等生态环境问题，而对于水域生态环境动态变化及其驱动机理方面的研究较少。同时，近些年高分辨率遥感卫星及遥感技术的快速发展为大区域自然资源及生态环境因子的提取及研究其动态变化提供了强有力的技术支持，提高了深入研究大区域自然资源及生态环境动态变化的可行性和科学性。

本文通过对2014年研究区博斯腾湖水域遥感影像图进行解译，提取水域自然资源（林地、草地、地表水）及生态环境（湿地、荒漠化）各因子面积信息，掌握博湖水域自然资源、生态环境现状。通过对比该区域2007年遥感调查数据，结合水文、气候、土壤及人类活动等数据资料，对其周边区域自然资源、生态环境动态变化及其影响因素进行分析研究。通过对博斯腾湖区域自然资源、生态环境的动态变化监测，分析研究其影响因素，为研究区自然资源的利用及生态环境的保护提供重要的科学理论依据。

一、研究区概况

研究区为博斯腾湖（以下简称博湖）水域，位于天山南麓焉省盆地东南最低处的新疆巴音郭楞蒙古自治州博湖县境内,地理位置北纬,东经，是新疆最大的湖泊，也是我国最大的内陆淡水湖[13]（图1）。博湖既是开都河的尾闾，又是孔雀河的源头，兼有开都河来水的水资源调控、孔雀河流域农田灌溉、工业及城乡生活用水、流域生态环境保护和向塔里木河中下游紧急调水等多种功能，在水资源十分珍贵的新疆南部地区，有着十分重要的地位。

博湖位于天山南麓，焉耆盆地的东南，属中生代断陷湖。博湖四周高山环绕，春季气候多变，干早少雨，夏季干燥炎热，秋季降温迅速，冬季寒冷，蒸发量大，全年多晴日。年平均气温7.9℃，1月份平均气温-12.7℃，极端低温-30.2℃，平均水温0.6℃；7月份平均气温22.8℃，极端高温38℃，平均水温23℃，平均日照率达67%-68%，湖区多年平均降水量为68.2mm，年蒸发量为1800-2000mm[14]。湖盆呈碟状，中间低平，靠近湖岸水深急剧变浅。博湖湖体分为大、小两个湖区以及苇沼区三部分组成，大湖区是湖体的主要部分，在大湖西南部还有一连串的浅泊，盛长芦苇，习称小湖苇区，苇沼区主要指在大湖西北和黄水湾一带所分布的大量的芦苇[15]。

二、数据源与研究方法

本文利用2014年新疆土地变更遥感影像数据为数据源，遥感影像时相均为夏秋季节6-9月份，通过GIS平台，在1∶5万尺度上，通过人机交互式方法、信息自动提取方式对研究区自然资源（林地、草地、地表水）及生态环境（荒漠化、湿地）各因子进行遥感解译。通过野外调查与验证，修正并完善前期解译成果，然后进行各因子的数据统计。

借助GIS平台的分析功能，与2007年《全国生态地质环境遥感监测成果集成与综合研究》数据进行叠加对比分析，制作荒漠化、湿地两因子动态变化图。由于本文主要从宏观上分析生态环境在时空尺度上的变化及其驱动机理，不对荒漠化、湿地各因子进行细分。生态环境因子荒漠化、湿地与自然资源因子林地、草地、地表水相互关联及影响，所以同时对自然资源各因子进行提取及对比分析。

三、结果与分析

3.1 研究区生态环境变化情况

通过对2014年新疆土地变更遥感数据的解译，提取荒漠化面积3957.27km2，湿地面积1242.93km2。对比2007年《全国生态地质环境遥感监测成果集成与综合研究》调查数据，荒漠化面积减少208.60km2，湿地面积增加12.33km2（表1）。

2007-2014年8年间，研究区内荒漠化情况有所好转，荒漠化减少幅度为5.01%，变化率为26.08km2/ a。区内湿地面积有所增加，从2007年的1230.06km2增加到2014年的1242.93km2，变化率为1.54km2/a。研究区内生态环境因子的分布面积呈不同程度的变化，荒漠化、湿地的变化程度及变化区域各不相同（图2）。

3.2 研究区生态环境变化原因分析

3.2.1 气候变化的影响

（1）近十年来研究区气候总体呈暖湿化趋势，地面气温呈上升趋势[16]（图3），降水量也有微弱的增幅，研究区属于温带大陆性干旱与半干旱气候，温度和降水影响着荒漠化的发生发展，降水的增加可以引起土壤湿度、地表覆盖的正效应变化，根据统计，研究区2014年林草面积为3589.16km2，相比于2007年的3482.55km2增加106.61km2，增加幅度为3.06%，植被的生长有助于弱化荒漠化的发生。

（2）焉耆盆地是新疆的一个半封闭山间盆地，盆地中的河流源于盆地西北部及北部的天山山区，由冰雪融水和降水混合补给。博湖位于盆地最低凹处，是盆地地表水和地下水的汇集区，受开都河、黄水沟、清水河等入湖补给河流影响较大。气温对径流的影响是干旱区径流不同于其它地区的显著特点。气温作为热量指标对径流量的主要影响表现在以下几个方面：一是影响冰川积雪的消融；二是影响流域总蒸散量；三是改变流域高山区降水形态；四是改变流域下垫面与近地面层空气之间的温差，从而形成流域小气候[17]。研究表明，研究区年平均气温整体上呈增加趋势，开都河、黄水沟、清水河的入湖径流量有所增加，为博湖提供了水源补给，缓解了博湖水域湿地生态系统的恶化。

3.2.2 人类活动的影响

人类活动主要包括水土保持、水利工程等能够显著改变流域下垫面的人类有目的水利活动、社会经济结构调整等非水利目的活动[18]。焉耆盆地自从20世纪60年代以来，人类的水事活动明显增多。1990年焉耆盆地耕地面积为15.56×104hm2，到2012年增加到28.80×104hm2，扩大了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，同期人口增长36.28%[19]。随着人口、耕地的增多及经济社会的飞速发展，人类需要不断为耕地引水灌溉以满足日益增长的粮食需求，使得农业灌溉量呈现快速增长趋势，这些因素也大大的减少了入湖径流量。21世纪初，博湖主要补给源值丰水期增加其水位，使流域及孔雀河沿岸受到洪水威胁，政府借此向塔里木河进行生态输水以改善流域生态环境。2000-2011年通过孔雀河向塔里木河流域生态输水12次，总计输水25.52×108m3，结束了塔里木河下游河道近30年持续断流历史，有效改善其生态环境[20]。为了平衡当地社会经济的发展，博斯腾湖流域内修建了若干水利工程，主要包括引水工程、灌溉工程和灌区排水工程3类。其中，流域内现有引水工程5座∶ 分别是位于焉耆盆地灌区的开都河第一分水枢纽和宝浪苏木分水枢纽，位于流域下游的孔雀河第一、第二和第三分水枢纽，该工程总设计引水流量为173m3/s[21]。进入21世纪以来，人类活动对博湖水域生态环境影响日趋显著，虽然水域内水利工程虽对当地经济、生态环境的平衡与发展做出一定贡献，但也使湖泊在各方面的变化都打上人类活动的烙印，人类活动的影响已超越自然因素自身的影响。

四、结论与讨论

（1）从2007年至2014年，研究区内荒漠化从4165.87km2减少到3957.27km2，变化率为29.8km2/a，荒漠化情况有所好转。区内湿地面积从1230.06km2增加到1242.93km2，变化率为1.76km2/ a，区内湿地生态系统得到一定优化。生态环境因子荒漠化、湿地具有相互促进相互影响的特点。研究区内湿地面积的增加，在一定程度上抑制了荒漠化的发生和发展，荒漠化发生的减少，进一步优化了湿地生态系统。

（2）近十年来，研究区内气候总体呈变暖趋势，地面气温呈上升趋势。冰川融水、大气降水等较往年有所增加，同时国家出台的退耕还林、退牧还草等政策影响了诸如地表径流量、气温、蒸发量等环境因素。地表径流量的增加使得开都河、黄水沟、清水河的入湖水量有所增加，同时促进地表的林地、草地资源的生长，较好的抑制了荒漠化的发生，促进生态环境的良好发展。在未来气候持续上升的情况下，气温的升高会加剧地表水、地表林草资源的蒸发，反而会进一步促进荒漠化的发展，造成生态系统的恶化。为能够有效抑制研究区生态系统的恶化，有待于在未来持续的监测和控制。

（3）研究区生态环境受到自然因素和人类活动因素的共同影响，近些年人类活动对区内生态的影响已开始超过自然因素。人类居住地的需求，滴灌技术的应用，使得过去的荒漠化土地、湿地等发展为居住地、耕地等，人类的引水工程、灌溉工程、排水工程等不断的实施，使得湖泊自然功能逐渐转为水库功能。博斯腾湖的生态环境效应非常明显，对于巴音郭楞蒙古自治州乃至整个新疆南部地区的环境保护有着不可替代的作用。对于维系着巴州120多万人口的工农业及生活用水的“母亲湖”来说，需要加强对博湖的科研监测力度，协调好自然生产资源可持续利用与社会经济平稳进步的关系，以期达到区域生态系统与社会经济体系的平衡。

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中国风云四号气象卫星发射成功

12月11日零时11分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射风云四号卫星。风云四号卫星实现了我国静止轨道气象卫星升级换代和技术跨越，将对我国及周边地区的大气、云层和空间环境进行高时间分辨率、高空间分辨率、高光谱分辨率的观测，大幅提高天气预报和气候预测能力。

风云四号卫星是我国静止轨道气象卫星从第一代（风云二号）向第二代跨越的首发星，也是我国首颗地球同步轨道三轴稳定定量遥感卫星，使用全新研制的SAST5000平台，设计寿命7年。卫星成功突破了代表国际前沿的高精度图像定位与配准、微振动测量与抑制等20余项核心关键技术，装载四种先进有效载荷，整体性能达到国际先进水平。

卫星投入使用后，可更加精确地开展天气监测与预报预警、数值预报、气候监测。卫星装载的闪电成像仪能1秒钟拍500张闪电图，探测区域范围内的闪电频次和强度，在国内首次提供闪电预警。风云四号能每3分钟对台风区域进行观测，可弥补目前在轨卫星云图分辨率不够高的缺点，还将对灾害及环境监测、人工影响天气、空间天气研究等提供有力支撑。

此前，我国已成功发射14颗气象卫星（7颗卫星在轨运行），成为世界上少数几个同时拥有极轨和静止轨道气象卫星的国家，形成了“多星在轨、统筹运行、互为备份、适时加密”的业务格局。目前，风云系列卫星为全球70多个国家和地区、国内超过2500家用户提供服务，为多个行业和领域应用提供重要支撑。