河套平原近15年的气候变化与湖泊变化——以乌梁素海为例

乔驿媛

（内蒙古自治区东乌珠穆沁旗气象局，内蒙古 锡林郭勒 026300）

在21世纪人们已越来越重视环境的可持续发展，人与环境的关系已经逐渐成为科学研究的重点。河套平原地处内蒙古自治区的西北部，其湿地生态系统属于典型的干旱——半干旱区湿地生态系统，对环境和气候比较敏感且生态环境脆弱，一旦破坏将很难恢复。因而深入研究并加强对这些地方的湿地保护，对保护干旱地区水资源及其生态多样性和稳定性都具有非常重要的意义。

乌梁素海作为河套平原最大的淡水湖泊，近年来污染越来越严重，水体富营养化、水体矿物化等问题影响着河套地区的淡水资源。湿地的破坏与退化使生态问题越来越严重，同时使得生态环境自身的调节功能丧失。希望可以通过对乌梁素海的污染及湖泊面积变化情况的研究对河套地区淡水湖泊环境以及周围生态环境的改善提供帮助。

1.研究区概况

1.1 河套平原自然环境概况

河套平原（40o8′～41o17′N，106o17′～109o11′E）地处内蒙古自治区西北部。一般而言我们所说的河套地区通常指黄河“几”字弯及其周边区域，大约以贺兰山为最西、以吕梁山为最东、以阴山为最北、以长城为最南的这部分地区，其中包括了鄂尔多斯高原、宁夏平原（银川平原）以及部分黄土高原。

河套平原西起巴彦淖尔市磴口县东至乌拉特前旗乌梁素海，东西约180公里长，南北约60公里宽，总面积约为2.08万平方公里，平均海拔1000米左右。由于地势原因，黄河在进入河套后，由于贺兰山的高地势向东北流，到阴山后转向东流，一路向东流到吕梁山脉再折向南流，最后形成现在像“几”字形状的河道，河套也由此得名——被黄河套住的地区。由于地势西高东低，河套地区的湿地大多都分布在东部，比如由于黄河改道形成的乌梁素海。

乌梁素海(40°47′～ 41°03′N , 108°43′～ 108°57′E)位于巴彦淖尔市乌拉特前旗境内，处于河套平原最东端，是全球同纬度最大的湖泊，也是中国第八大淡水湖泊。本文主要以乌梁素海为例对河套平原的湖泊进行分析。

河套平原深处内陆，属于典型的温带大陆性气候，冬天寒冷干燥，夏天炎热湿润，是典型的农业区。因引黄河水进行农业灌溉而闻名，于是常常被称为河套灌区，是全国涉及灌溉面积最大的灌区。

2.数据来源、处理及分析方法

2.1 数据来源及处理

本文选取的是1996年到2010的气象数据，主要数据包括年平均气温、年平均降水量、年平均蒸发量等数据，由折线图清晰的表现出进行对比，从而发现近15年气候的变化趋势。

同时本文选取了Landsat7 ETM 1996年8月7日、Landsat7 ETM 2001年11月27日和 Landsat4-5 ETM 2010年9月8日的遥感影像，影像资料分辨率为30m。

首先对遥感图像进行波段融合，并进行遥感图像预处理，然后选择4、3、2波段进行标准假彩色合成，选取训练样本对影像进行重采样。因为图像处理是为了分析乌梁素海的湖泊面积和明水面积变化，所以仅分为暗水面与明水面两类。借助envi4.7软件中的监督分类工具，使用最大比分类器对乌梁素海三期遥感影像做了分类，同时参照谷歌地球图像，对分类结果做了后处理，修改错分与漏分斑块，进行聚类处理去除掉小斑块，得到最终图像。

2.2 主要利用的分析方法

2.2.1 气象倾向率

表示某个气象要素在一定时间范围内的趋势变化特征。

a1为某个气象要素在研究时段内的气象倾向率；a0为气象要素研究期初数据数据；t为研究时段长。

2.2.2 单一土地利用动态度

表示某一地区在某一时段内某一土地利用类型的数量变化情况，即研究区域内土地利用变化的速度。

K为研究时段内某一土地利用类型动态度；aU、Ub分别为研究期初和研究期末某一土地利用类型的数量；T为研究时段长。

3.近十五年来河套平原的湖泊变化

3.1 近十五年来河套平原的湖泊面积变化

在历史上，黄河经过河套平原由于地势变化发生了多次改道，河套平原上的湖泊大多由此产生。本文对河套平原地区湖泊变化的研究以乌梁素海为例。

本文将乌梁素海的湖泊面积分为明水面积、芦苇区面积以及沼泽区面积三个部分。由图1可以看出乌梁素海的湖泊面积从1996年开始不断增加，但明水面积呈明显的降低然后增加趋势；芦苇区面积呈波动增加趋势；沼泽区呈现先增加后减少趋势。结合图1的乌梁素海明水面积变化情况以及图2解译出的遥感图像可以清晰直观地看出：从1996年到2001年乌梁素海的明水面积减少是由于湖泊表面被水中植被以及海藻等覆盖；而从2001年开始明水面积呈增加趋势，2010年相比较2001年乌梁素海的明水面积有小幅度增加，期间从2001年到2002年乌梁素海明水面积发生了骤增情况。

图1 1996年-2010年乌梁素海明水面积、沼泽区面积、芦苇区面积（km²）变化

图2 乌梁素海1996年、2001年、2010年湖泊面积

经过计算得到乌梁素海各种土地类型的单一土地利用动态度，由表1可以看出乌梁素海湖泊的单一土地利用动态度在两个时间段都为正数，湖泊面积1996年到2010年呈增加趋势；明水面的单一土地利用动态度在两个时间段由负数变为正数，明水面面积从1996年到2001年呈减少趋势，从2001年道2010年呈增加趋势；沼泽区的单一土地利用动态度在两个时间段由正数变为负数，沼泽区面积从1996年到2001年呈增加趋势，从2001年到2010年呈减少趋势；芦苇区的单一土地利用动态度在两个时间段都为正数，芦苇区面积从1996年到2010年呈增加趋势。

表1 乌梁素海单一土地利用动态度

4.河套地区湖泊面积变化原因分析

4.1 自然因素

4.1.1 气候因素分析

图2中乌拉特前旗在1996年到2010年的年平均气温的气象倾斜率为y = 0.0502x + 8.6792，可以看出乌拉特前旗气温呈上升趋势。图3中乌拉特前旗十五年的年平均降水量的气象倾斜率为y = -0.2479x + 213.78，可以看出在十五年间的年均降水量呈明显减少趋势，在2001年到2002年发生大幅度的波动增加趋势。图4中乌拉特前旗十五年的年平均蒸发量气象倾斜率为y = -16.309x + 2489.8，可以看出乌拉特前旗年平均蒸发量总体呈降低趋势，但从1996年到2001年，其年平均蒸发量呈波动上升趋势，而从2001年到2010年，其年平均日蒸发量呈下降趋势。

图3 乌拉特前旗1996年-2010年年平均气温（℃）

图4 乌拉特前旗1996年-2010年年平均降水量（mm）

图5 乌拉特前旗1996年-2010年年平均蒸发量（mm）

降水是湖泊重要的水源补给，可以说气候是影响湖泊的重要因素。前面根据较短年份的气象数据分析出近些年乌拉特前旗的温度呈上升趋势，而相对湿度及降水量呈波动下降，同时乌拉特前旗地区蒸发量从1996年到2001年呈波动上升趋势，而从2001年到2010年呈下降趋势。这就使乌梁素海从1996年到2001年湖泊蒸发量增加且降水补给减少，湖泊水量减少，湖泊明水面积减少。而从2001年到2002年，乌拉特前旗地区年平均降水量发生大幅度的骤增情况，同时年平均蒸发量减少，使得乌梁素海从2001年到2002年湖泊蒸发量减少且降水补给增加，湖泊水量增加，湖泊明水面积增加。从2003年到2010年，乌梁素海明水面积增加，主要是由于黄河对乌梁素海的入湖水量增加，气候因素影响较小。

4.1.2 其他自然原因分析

另外，由于乌梁素海以山区洪水和黄河河水为主要水源，水中含沙量大，加之水生植物的腐烂堆积，导致湖泊沉积迅速抬升，湖泊越来越浅。由于湖底的快速抬升，湖泊变浅，在相同来水情况下，湖泊面积扩大。但是从20世纪90年代中期开始，黄河对乌梁素海的入湖水量减少幅度变大，加之湖泊蒸发量有所增加，由此导致湖泊明水面积减少。

4.2 人为因素

从1996年到2001年乌梁素海湖区面积增加，明水面积的大幅度减少，除气候因素外，还由于水体富营养化严重，各种水生植物遮盖湖泊明水面积，同时沼泽面积及芦苇面积增加，这就造成乌梁素海湖泊面积增加。而从2001年到2010年水体仍然污染严重，芦苇区面积依然在不断增加，同时由于黄河入湖水量增加，使得乌梁素海湖泊面积增加。从2003年开始的引水工程，使湖泊环境有所好转。2003年地方部门对乌梁素海 “引黄入海”工程引黄河水5100 ×104m3。该工程的实施，增加了乌梁素海的入湖水量，水环境状况有所改观，湿地和湖泊功能在一定程度上得到恢复。

结论

（1）河套平原乌拉特前旗的气温在近十五年来总体呈上升的趋势；降水量虽在波动变化之中，但仍能看出处于减少状态；蒸发量呈减少趋势。

（2）在河套平原这样的气候背景下，乌梁素海湖泊面积总体呈现增加的趋势。从1996年到2001年，乌梁素海被水生植物以及芦苇大范围覆盖明水面积减少，但芦苇区面积和沼泽区面积增加，使乌梁素海湖泊面积增加。2001年到2002年，由于降水量增加，湖泊明水面积增加，同时芦苇区面积增加，湖泊面积增加。从2003年到2010年 ，“引黄入海”工程的实施，使得乌梁素海净入湖水量的增加，湖泊明水面积增加，同时芦苇区面积增加，湖泊面积增加。

（3）虽然在人为干预下乌梁素海湿地环境有了一定改善，但仍难以恢复其功能和景观，而先污染后治理的途径也有悖于自然发展规律，因此，只有人类与湿地环境和谐相处，在环境承载范围之内有效使用湿地资源，才能保证湿地环境得以持续发展和永续利用。