1990—2019年达里诺尔湖水体面积变化遥感监测

尹源 范雪松

摘要 以Landsat遥感数据资料为基础，采用归一化差分水体指数（NDWI）对达里诺尔湖水体进行识别和提取，使该区域形成长时间监测，研究1990—2019年达里诺尔湖的时空变化，并通过气象数据探讨水体面积与气候变化的关系。结果表明，达里诺尔湖1990—2019年水体面积呈波浪式变化，整体呈下降趋势，自2000年后，达里诺尔湖水体面积逐渐减少，20年间共减少41.82 km2;在湖体东北方向减少幅度最大，共减少19.89 km2。达里诺尔湖水体面积与降水量呈正相关，与气温呈负相关。

关键词 达里诺尔湖;水体面积;归一化差分水体指数（NDWI）;时空变化;遥感监测

中图分类号 TP 79文献标识码 A文章编号 0517-6611（2022）02-0092-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.02.024

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Remote Sensing Monitoring of Water Area Changes in Darinore Lake from 1990 to 2019

YIN Yuan1，FAN Xue-song2

（1.Meteorological Bureau of Keshiketeng Banner， Inner Mongolia Autonomous Region， Keshiketeng Banner， Inner Mongolia 025350;2.Meteorological Bureau of Chifeng City， Inner Mongolia Autonomous Region， Chifeng， Inner Mongolia 024000）

Abstract Based on Landsat remote sensing data， the normalized differential water index （NDWI） was used to identify and extract the water body of Dalinore， so that the area could be monitored for a long time，the temporal and spatial changes of Dalinore Lake from 1990 to 2019 were studied，andthe relationship between water area and climate change through meteorological data were explored.The results showed that from 1990 to 2019， the water area of Dalinore Lake showed a wave-like change， with an overall downward trend. Since 2000， the water area of Dalinor Lake had gradually decreased， with a total decrease of 41.82 km2 in 20 years.The largest decrease was in the northeast of the lake， with a total decrease of 19.89 km2.The water area of Dalinore Lake was positively correlated with precipitation， and negatively correlated with temperature.

Key words Dalinore Lake;Water area;Normalized differential water index （NDWI）;Temporal and spatial variation;Remote sensing monitoring

作者简介 尹源（1994—），女，内蒙古赤峰人，助理工程师，从事大气科学研究;范雪松（1989-），男，内蒙古赤峰人，助理工程师，硕士，从事生态学研究。尹源和范雪松是共同第一作者。

收稿日期 2021-04-13;修回日期 2021-05-31

湖泊是指湖水、湖盆和水中所含物质（有机质、无机质及水生生物）所组成的自然综合体，湖泊参与自然界的物质和能量循环，是我国生态环境基本要素和重要资源，它是自然界水分循环的重要参与者，是大量生态信息的载体，也是湖泊流域物质存储库，能够记录湖泊各个时期气候和环境变化的信息[1]。同时，气候变化对湖泊也有重要影响，是湖泊水体面积变化的重要驱动因素。近几十年来，湖泊面临着水质恶化、水体面积减少、植被退化、旱涝急转、土壤盐碱化等重大问题，湖泊水体变化对周围生态环境变化和气候变化有着直接影响，因此对湖泊时空变化的研究有重要意义[2]。

早期对于湖泊监测的手段单一，受到人力、财力等外界因素的限制，导致研究内容较少、范围较窄、精度不高，但是通过遥感（remote sensing）技术获得湖泊信息，可以不受环境的限制，用户可以在任何时候获得所需的地理信息[3]，同时遥感资料可以连续、准确地反映地表信息特点，现如今高分辨率、高光谱遥感数据已经出现，加上水体遥感研究技术不断深入，通过遥感数据提取水体信息，已经成为水体研究的重点，以丰富的遥感數据资料为基础，综合运用地理信息系统技术，可以有效地分析湖泊水体变化，目前，应用遥感技术研究水体信息的方法有水体指数法、图像分类法、阈值法等，其中水体指数法是被广泛使用的研究方法。

美国陆地资源卫星（Landsat）数据是遥感应用中常用的卫星数据，最早于1972年发射，Landsat系列卫星数据可以满足全球区域内研究的需要，是进行长期监测最为有效的遥感数据之一[4]。笔者以Landsat遥感数据资料为基础，采用归一化差分水体指数（NDWI）对达里诺尔湖水体进行识别和提取，使该区域形成长时间监测，研究1990—2019年达里诺尔湖的时空变化，并通过气象数据探讨水体面积与气候变化的关系，为达里诺尔湖未来保护及治理提供科学合理的支撑。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

达里诺尔湖（116°30′～116°48′E、43°13′～43°23′N）位于内蒙古自治区赤峰市克什克腾旗，达里诺尔湖是赤峰市境内最大的湖泊（图1），是低浓度盐水湖，整体形状呈海马状，湖体按南北分布，是封闭式苏达型半咸水湖。达里诺尔湖属于高原内陆湖，湖水无外泻，湖体总储水量是16亿m3，水深平均10～13 m，最大水深13 m，总面积238 km2。此外，达里诺尔湖周围还有很多水系流入，在东西两畔各有一个湖泊，分别是岗更诺尔湖和多伦诺尔湖，耗来河、贡格尔河、沙里河将这3个湖泊贯穿在一起，形成高原湖区。达里诺尔湖地区受温带大陆性季风气候控制，年平均气温2～4 ℃，年降水量250～500 mm，降水多集中在6—8月份。

1.2 数据来源及处理

该研究从美国地质调查局（USGS）网站上选取下载1990—2019年共30景达里诺尔湖区域Landsat遥感数据，由于数据的时间间隔较长，所以1990—2015年选择Landsat5/TM遥感数据，2016—2019年选择Landsat8/OLI遥感数据，为了使水体面积更加准确，选择达里诺尔湖无云、无条带的遥感影像数据，遥感影像时间均为每年7月份，对遥感影像进行辐射定标、大气校正、几何校正等一系列预处理工作，研究区的气象数据为经棚国家气象站，数据来自中国气象数据网。

1.3 研究方法

卫星遥感数据是记录地表物体反射信息以及地物自身的辐射信息，对于一般地物而言，在遥感传感器范围内，水体的反射率总是相对较弱的，该研究对达里诺尔湖水体面积提取采用水体指数法[5-9]，水体指数法的本质就是把地表物体最弱的反射率和最强的反射率波段分别作为分子和分母，进行波段运算，然后把两者的差距拉大，进行归一化处理[10]，这样可以对背景信息抑制，能够较好地增强水体信息[11]，归一化差分水体指数（NDWI）[12]是一种被广泛应用计算水体识别的研究方法（表1）。

通过遥感图像识别1990—2019年达里诺尔湖水体面积，并对水体面积进行时空变化分析，该研究采用ENVI空间分析法，对达里诺尔湖每年的水体面积变化进行分析，分析湖体面积变化的时空变化过程，同时对达里诺尔湖面积与气候变化进行分析。

2 结果与分析

2.1 湖体面积变化特征

对达里诺尔湖水体1990—2019年进行NDWI运算，识别出1990—2019年30景遥感影像中达里诺尔湖水体（图2），通过ENVI处理遥感数据，得出每年达里诺尔湖水体面积（图3）。结果显示，达里诺尔湖水体面积变化总体呈现波浪式变化，整体呈下降趋势，水体面积在1993、1999年2次出现变化拐点，具体变化为3个阶段，其中1990—1993年达里诺尔湖水体面积逐年增加，4年期间增加了4.35 km2，1994—1999年达里诺尔湖水体面积趋于平缓基本保持不变，在1999年水体面积为223.21 km2，从2000年开始达里诺尔湖水体面积逐渐减少;第3阶段2000—2019年达里诺尔湖水体面积呈下降趋势，20年期间共减少41.82 km2。总体来看，达里诺尔湖水体面积变化程度明显，整体上呈下降趋势。

2.2 湖体格局时空变化

该研究通过ArcGIS对达里诺尔湖1990—2019年水体面积进行空间对比分析，进一步研究达里诺尔湖水体时空格局变化过程，从水体面积变化趋势来看，水体整体呈下降趋势，面积减少幅度最大的区域集中在达里诺尔湖的东北和东南方向，分别缩减了19.89和10.63 km2。

通过分析发现，由于达里诺尔湖周围水体水深较浅，受自然环境因素影响明显，水体边缘变化幅度较大，在湖泊边缘很容易出现水体干涸的情况，并且在东北方向减少幅度最大。

2.3 湖体面积与气候变化

达里诺尔湖的湖体面积增加主要是靠降水来补给，该研究进一步探讨降水量和气温与达里诺尔湖面积变化的关系，从图4可以看出，近30年达里诺尔湖水体面积变化波动且不稳定，总体呈下降趋势，利用1990—2019年经棚国家气象站年降水量和年平均气温数据与达里诺尔湖水体面积进行分析比较，结果显示，达里诺尔湖水体面积与降水量呈现一定的相关性，但是并不十分显著，年降水量变化幅度较大，呈波浪状，但是总体是下降趋势，这与达里诺尔湖面积变化趋势相一致，年平均气温与达里诺尔湖面积呈负相关，气温升高，蒸发量增多，水体面积减少。

3 结论

该研究以1990—2019年达里诺尔湖共30景Landsat遥感数据为基础，遥感与信息系统为技术手段，采用归一化差分水体指数（NDWI），通过对近30年达里诺尔湖水体面积变化研究，并与年降水量和年平均气温进行相对关联分析。结果表明， 达里诺尔湖1990—2019年水体面积呈波浪式变化，整体呈下降趋势，在1993、1999年出现2次拐点，自2000年后，达里诺尔湖水体面积逐渐减少，20年间共减少41.82 km2。

空间变化分析得出，在湖体东北方向减少幅度最大，共减少19.89 km2。

达里诺尔湖水体面积与降水量呈正相关，与气温呈负相關。

近年来，达里诺尔湖周围生态系统恢复较好，湖体面积主要是受自然环境的影响，因此，加强生态保护、维持生态平衡是保护水资源的根本，实现达里诺尔湖发展和生态保护的发展。

参考文献

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