基于多源遥感数据的多庆错动态变化特征分析*

曾林 扎西央宗** 牛晓俊 德吉央宗 边多 周刊社

（1.西藏自治区气候中心；2.西藏自治区遥感应用研究中心，3.高分辨率对地观测系统西藏数据与应用中心，西藏 拉萨 850000）

0 引言

青藏高原平均海拔4000m 以上，分布有全球面积最大的低纬度冰川群，被誉为“地球第三极”。青藏高原上有全球海拔最高、密集度最高、总面积最大和数量最多的高原内陆湖泊群，是亚洲多条重要大江大河的发源地，也被称为“亚洲水塔”［1-4］。受全球气候变化的影响，青藏高原的湖泊正在发生着不同趋势、不同程度的变化，而湖泊的变化趋势又是气候变化的指示器，能有效地反映区域气候变化和生态环境的变化特征［5-7］。西藏位于青藏高原西南部，是青藏高原的主体，平均海拔4500m，受人类活动的干扰较小，主要反映气候变化等自然环境因素的影响，研究区域内湖泊变化能较好的揭示区域气候环境变化特征。

湖泊面积变化是湖泊对气候变化最直观的反映。近年来，随着遥感数据的丰富与技术的发展，使得对湖泊面积长时间变化研究成为可能。袁媛等［8］利用高分一号遥感影像，提取了2015年青藏高原上面积大于1km2的湖泊，结果表明1210 个湖泊整体呈扩张趋势。闾利等［9］研究表明2000 年以来，青藏高原有138个湖泊面积大于50km2，且持续扩张趋势显著，湖泊变化和气候要素具有显著的相关性。牛沂芳等［10］研究结果显示西藏部分湖泊呈扩张趋势如南部的普莫雍错和中部的纳木错，也有湖泊面积变化不明显如西部的玛旁雍错。边多等［11］研究表明色林错呈扩张趋势，1999—2008 年平均每年扩张42km2，并超过纳木错湖面面积，成为西藏第一大湖泊，其主要扩张原因是冰雪融水的增加。拉巴等［12］、杨秀海等［13］研究发现多庆错湖泊面积呈显著减小趋势，主要受降水影响，与冰川退缩关系不明显。

近年来，针对整体青藏高原湖泊和西藏较大湖泊的研究较多，而针对藏南小湖泊的研究较少。刘世好等［14］和吴中海等［15］发现多庆错于2006 年4 至6 月与2016 年4 月湖水基本干涸，至下半年湖水又基本恢复原状。多庆错地处多庆错国家湿地公园内，湖泊面积年内变化较大，针对该湖泊面积的研究多为年尺度，目前尚缺乏湖泊面积月尺度变化研究。因此，研究多庆错湖泊面积月尺度变化特征以及气候要素的变化，有助于了解该流域的生态环境变化特征。

本文利用陆地资源卫星Landsat 和国产高分系列等高分辨率卫星遥感影像资料对多庆错开展湖面面积遥感动态监测研究，分析2018—2020年多庆错逐月湖面面积变化情况，并结合月平均温度、月累积降水量、月蒸发量等气象观测资料分析多庆错湖面变化可能原因，旨在为开展湖泊生态环境保护和应对气候变化提供科学参考依据。

1 研究区概况

多庆错又名多情错，是西藏著名的圣湖之一，位于日喀则市亚东县和康马县交界处，地理坐标为89°14′～89°29′E、27°58′～28°36′N（图1）。研究区处于卓木拉日山系和喜马拉雅山脉之间，呈典型的断陷盆地，其东侧为卓木拉日山系，西侧为帕里高原山地，湖面平均海拔为4471m［16］。多庆错是一个高原淡水湖泊，主要补给源为雨季降水和南部冰川雪盖融水，有麻曲、康曲和琼桂藏布等河流水系汇入多庆错。多庆错流域气候寒冷干燥，环境恶劣，阳光充足，植被主要以高寒沼泽草甸为主［17］。多年平均降水量为410mm，降水主要集中在6—9 月，且多为暴雨，导致流域内水土流失严重。近年来，全球气候变化导致的区域气温升高和蒸发量增加，流域南部的冰川持续退缩，区域内河流径流量减少，许多小溪流出现断流现象，不少溪流已成为季节性河流［14］。

图1 多庆错流域概况图

2 资料和方法

为研究多庆错湖面面积年内变化特征，研究基于高分1 号（WFV 传感器）、高分6 号（WFV 传感器）、陆地资源卫星Landsat7（ETM+传感器）和陆地资源卫星Landsat8（OLI 传感器）等多源卫星遥感影像资料开展多庆错湖泊面积遥感解译提取分析，选用了2018—2020 年每月一景36 景遥感影像，选用数据源如表1，得到了多庆错月尺度湖面面积数据。遥感影像的选取原则是湖泊上空晴空或极少云覆盖，尽可能保证采用每个月中旬的遥感影像图。由于雨季湖面有较多云覆盖和传感器重访周期的限制，部分月份采用上旬或者下旬的遥感影像。由于多庆错周围无气象观测站，本文采用的气象数据来自与多庆错距离较近的帕里和江孜气象站，气象数据为2018—2020年月平均气温、月累计降水量、月累计蒸发量数据。

表1 研究区遥感数据源

表1（续）

由于西藏地形环境复杂，且受山体阴影和云的影响，水体自动提取方法准确性较低［8］。而且湖泊面积的提取还需要考虑色调、纹理和形状等情况，为了提高提取精度，本文直接采用人工目视解译方法对湖泊面积进行提取［18］。在ENVI 软件中，对Landsat 系列和高分专项卫星遥感影像进行几何校正、图像配准和图像增强等预处理。在ArcGIS软件中，运用人工目视解译方法对湖面数字化，并进行面积统计和空间分析。

3 湖泊面积变化

3.1 多庆错时间变化特征

根据多源卫星遥感资料解译得到2018—2020 年多庆错逐月湖泊面积，该湖年内面积变化剧烈，年内变化基本呈现先上升后下降再上升再下降的趋势，湖泊面积最小时几近干涸，面积最大时可达54km2。多庆错春季和秋季湖泊面积较稳定，夏季湖泊面积变化剧烈。2018年7月，多庆错几近干涸，面积仅为3.24km2，与年内面积最大值45.86km2（9 月）相差42.62km2，减少率为94.94%；2018年11月之后，湖泊面积急剧减少，12月至次年2月，湖泊面积稳定在5km2左右；2019年7月湖泊面积再一次急剧减少，为7.42km2，8至12月均高于在40km2；2020年湖泊面积年内变化与前两年略有差异，最小值出现在6月（13.08km2），10月与11月湖泊面积为近三年最大，均达50km2以上，这可能与2020年年累计降水量为近三年最大值有关。

3.2 多庆错空间变化特征

由于2018年多庆错湖泊面积变化较大，所以选取2018 年1—12 月的湖泊空间变化图进行分析，湖面变化较大的区域主要集中在湖的东部和南部，北部变化相对较小。1 月和2 月湖的东北部出水口处基本干涸，6 月湖泊面积从湖的西南部开始减少，至7 月，湖泊基本干涸，仅西南部入水口有部分水体。湖泊面积在2018年有两次减少过程，在7月和12月基本干涸。

图2 2018—2020年多庆错逐月湖泊面积变化

图3 2018年多庆错逐月空间变化

4 多庆错流域气候变化分析

从多庆错流域（帕里和江孜气象站）2018—2020年逐月的月平均气温变化可知，1—12 月月平均气温变化趋势基本一致，月平均气温大于0℃在4 月至11月，11 月至次年3 月小于0℃，每年6 月至9 月的月平均气温约为10℃。2018 年至2020 年年平均气温逐渐升高，2020 年年平均气温较2018 年增加0.25℃，增加率为7.27%.

从多庆错流域（帕里和江孜气象站）2018—2020年逐月的累计降水量可知，1—12 月的月累计降水量变化趋势基本一致，降水主要集中在7月和8月，其中2020 年4 月和5 月分别较2019 年同期偏多24.15mm、36.65mm，每年10 月至次年2 月基本无降水。2018 年至2020 年年累计降水量先减少后增加，2020 年较2019年增加40.5mm，增加率为12.16%.

由于缺少2019 年10 月至2020 年4 月、2020 年10月至12 月的数据，故只对2018 年1—12 月与2019 年5—9 月和2020 年5—9 月的月累计蒸发量进行分析，每年5—9 月月累计蒸发量呈减少趋势，2018 年和2019 年每月的月累计蒸发量基本相同；对每年5—9月蒸发总量进行统计，2018 年和2019 年分别为581.8mm、586.2mm，2020 年较2019 年减少125.35mm，减少率为27.2%；2018 年于4 月和10 月出现两次峰值，5—9月蒸发量均较小。

图4 多庆错流域月平均气温、月降水量和月蒸发量变化

5 讨论

多庆错在2018—2020 年逐月湖泊面积变化波动幅度较大，年内变化基本呈现先上升后下降再上升再下降的趋势，最小值一般出现在每年7月份，最大值出现在9—11月份，春季和秋季湖泊面积较稳定，夏季湖泊面积变化剧烈，尤其是2018 年7 月湖泊几近干涸，面积仅为3.24km2。经我们到实地探访，发现每年在春播时节前后，农牧民会在作为多庆错主要补给源的麻曲、康曲和琼桂藏布等河流水系上截流灌溉，导致多庆错缺乏水源补给，慢慢地退缩，湖泊到7月份之后慢慢的恢复。而2020 年湖泊面积最小值出现在6 月份，主要是因为多庆错流域2020 年雨季较常年偏早，4-5 月份降水较常年偏多，农业灌溉需水量较少等。多庆错湖面在2018 年和2020 年均出现2 月份水域面积较1月份有所减少的情况，可能原因是在2月份较1月份温度上升、蒸散发量增加，而降水量却没有明显变化。而在2019 年2 月份较1 月份温度上升、蒸发量增加的同时，降水量有显著的增加，补充了蒸散发的损失量，所以湖面面积没有明显变化。多庆错湖面面积变化有明显的空间分布特征，2018 年1—12 月湖面变化较大的区域主要集中在湖的东部和南部，北部变化相对较小。

多庆错流域年内月平均气温变化主要呈单峰状，最高值出现在7 月份，最低值出现在1 月份，年内有4—11 月共8 个月平均气温大于0℃。多庆错流域年内月累计降水量呈单峰状分布，降水主要集中在7 月和8月，10月份至次年2月份，降水几乎为零。年内月累计蒸发量呈双峰状分布，极大值出现在4 月份和10月份，1—4月份随着温度的升高，蒸散发量逐渐增高；5—9 月份随着雨季的到来，阴雨天气较多，蒸发量较少；9月份之后，晴空天气增多，蒸散发增加，10月份再次达到峰值，11—12月份随着温度的降低蒸散发逐渐减少。

6 结论

多庆错湖面面积2018—2020 年年内呈双峰状波动变化，最低值一般出现在6—7 月份，主要是春夏季节农牧民截流多庆错主要河流用于农业灌溉，导致多庆错缺乏水源补给；最高值出现在9—10月份，主要原因是雨季充沛的降水量给多庆错丰富的水源补给；10月份至次年1月份的湖面面积变化主要是蒸散发量变化和温度变化引起的冰川融水量变化。

多庆错湖面年内有明显的空间变化特征，湖面面积的增加和减小都主要集中在湖泊的东部和南部，湖泊的西北部变化不明显。

多庆错流域年内月平均气温变化主要呈单峰状，最高值出现在7 月份，最低值出现在1 月份。年内月累计降水量呈单峰状分布，降水主要集中在7 月和8月，10 月份至次年2 月份，降水几乎为零。年内月累计蒸发量呈双峰状分布，年内月累计蒸发量呈双峰状分布，极大值出现在4月份和10月份。