1998—2021年艾比湖湖泊面积变化遥感监测及驱动因素分析

陈尚书 孟庆吉

摘要 基于Landsat5、Landsat8影像以及利用NDWI方法，分析了艾比湖湖泊面积的变化状况以及影响因素。结果表明，1998—2021年艾比湖的面积呈下降状态，2016年湖泊面积小幅度上升，湖泊面积减小最快的时间段在2017—2021年。导致湖泊面积减小的原因是气温和降水量的变化给生态环境增加了许多不稳定因素，人类活动的频繁及经济发展影响研究区域内的环境。

关键词 艾比湖；NDWI；遥感；驱动因素；环境

中图分类号 P237   文献标识码 A

文章编号 1007-7731（2023）04-0136-03

Remote Sensing Monitoring and Driving Factor Analysis of Lake Area Change in

Lake Aibi from 1998 to 2021

CHEN Shangshu   MENG Qingji*

（School of Tourism and Geographical Sciences， Baicheng Normal University， Baicheng Jilin 137000）

Abstract This study was based on Landsat5 and Landsat8 images and used the NDWI method to analyze the lake area changes of Lake Aibi and the factors that affect the lake area changes. The results showed that the area of Lake Aibi declined from 1998 to 2021， the area of the lake increased slightly in 2016， the time period when the area of the lake decreased the fastest was from 2017 to 2021. The reason for the reduction of the lake area was the change of temperature and precipitation， which added many unstable factors to the ecological environment; the frequent human activities and economic development affected the environment in the study area.

Keywords Lake Aibi; NDWI; remote sensing; driving factor; environment

湖泊是陆地水体的主要组成部分之一，在水循环系统中具有重要的地位，湖泊的变化间接地反映了气候的变化。遥感能得到大的空间数据并以图像的形式呈现，宏观地反映了地球上各种形态的物体分布，真实地体现出地质、地貌、水文等特征，为研究人员对地物的分析提供了较好的数据。

近些年来，众多学者及研究人员利用遥感技术对湖泊的变化状况进行研究，例如，孟庆吉等[1]运用归一化水体指数提取湖泊的水体，结果表明，1989—2020年达里诺尔湖湖泊面积呈下降趋势；张伟华等[2]运用水体指数阈值分割和种子增长法相结合的混合方法进行研究，结果表明，藏西北高原郭扎错湖泊面积近40年来波动性的萎缩；杜玉娥等[3]将高分卫星影像进行几何矫正后采用经验阈值模式提取湖泊的面积，结果表明，受气温升高、降水普遍增加、增暖增湿等因素的影响，柴达木盆地湖泊面积呈一定程度的扩大趋势；苏朝鹏等[4]运用归一化差异水体指数等方法，对呼伦湖进行了变化监测与分析，结果表明，呼伦湖在不断减小；吴素云等[5]对中亚主要湖泊进行遥感解译，结果表明，受人类活动影响，平原区尾闾湖湖泊面积均呈不同程度的缩小趋势，受地形及气候因素影响，高山封闭型湖泊面积呈小幅度增长趋势；德吉央宗等[6]利用卫星遥感数据和气象观测资料，并基于1975年的地形图进行研究，结果表明，1975—2018年鲁玛江冬错湖面面积呈不断增长趋势，增长的原因是降水量的增加和气温显著上升所致。鉴于此，该研究以艾比湖为研究区，以Landsat遥感影像为数据源，运用归一化水体指数等方法，分析1998—2021年艾比湖湖泊面积变化状况，并研究影响其变化的驱动因素。

1 资料与方法

1.1 研究区概况

艾比湖位于新疆维吾尔自治区博尔塔拉蒙古自治州精河县、双河市、阿拉山口市之间，湖水主要来源于博尔塔河、奎屯河以及精河，分别从西、东、南方向注入，湖泊呈现为椭圆状，湖面海拔为189 m，是新疆最大的咸水湖。地处温带大陆性干旱气候，年平均气温在7～8 ℃。由于独特的气候条件导致湖水的蒸发量较大，湖水主要来源于地表径流与冰雪融水。艾比湖的大面积缩小也对研究区域風沙天气的形成造成了一定的影响，使该地区的生态环境遭到了一定程度的破坏[7]。自2004年起，新疆启动了艾比湖流域人工增水工程，在一定程度上使艾比湖得到了保护。

1.2 数据来源

该研究选择Landsat5和Landsat8的影像数据作为基础数据。考虑到研究区的云量以及影像的空间分辨率，最终分别选取1998年、2006年的Landsat5数据以及2011年、2016年、2021年的Landsat8数据，影像数据的分辨率均为30 m。人为因素数据来自《新疆统计年鉴》；自然因素数据来自中国气象数据网，站点为精河县。

1.3 分析方法

在提取水体前，对影像数据进行大气矫正，波段组合等预处理[8]。影像数据可以进行多种波段组合，经过多种尝试后，最终都分别采用了2/3/4和3/4/5的波段进行组合。将数据在ENVI中利用NDWI方法进行处理，将决策树法和阈值法相结合建立新的决策树，并通过多次的目视判读控制提取水体的阈值，确保提取的湖泊范围与目视范围一致，最后将提取的湖泊水体转化为矢量数据，并在ArcGIS里打开进行几何运算算出湖泊面积（此次数据阈值分别为0.60、0.60、0.60、0.20）。

2 结果与分析

2.1 面积变化

1998—2021年新疆艾比湖的面积变化情况如图1所示。从图1可以看出，湖泊的面积呈先减小后增大又减小的趋势，但在2016和2021年产生了特殊的变化，湖泊面积的主要变化部分是在艾比湖的东南区域和西南区域。1998—2006年湖泊面积增加32.03 km2，平均每年增长约4.01 km2；2007—2011年湖泊面积减少63.55 km2，平均每年减少12.71 km2；2011—2016年湖泊面积增加49.81 km2，此阶段湖泊面积的增长表明环境得到了一定程度的保护；2017—2021年湖泊面积减少323.16 km2，此阶段湖泊面积大幅度的减少，表明研究区域的生态环境遭到了严重的破坏，同时也反映出人类活动对艾比湖的影响程度持续升高，相关的影响因子作用上升。湖泊面积的变化对区域环境有着警示和指示作用，可为区域环境内的生态变化分析提供良好的依据。

2.2 驱动因素

2.2.1 自然因素。1998—2020年艾比湖区域多年降水量和平均气温如图2所示。从图2可以看出，1998—2020年研究区域年降水量的波动性较大，最小值出现在2000年，最大值出现在2016年，分别为74.5和204.6 mm；1998—2000年降水量变化不明显且均低于100.0 mm；2001—2009年降水量变化幅度相对较小，平均值为157.6 mm，2010—2020年降水量的多年平均值为147.1 mm。多年的年降水量均值在减少，说明研究区域处于逐渐干旱状态。1998—2020年艾比湖年平均气温处于相对稳定状态，最小值出现在2005年，最大值出现在2015年，分别为8.4和10.5 ℃，多年平均值为9.5 ℃。1998—2005年平均气温较为稳定；2006—2010年平均气温浮动较缓；2011—2015年平均气温极不稳定。多年来研究区域降水量的不稳定变化和年平均气温的变化表明艾比湖的环境状态不佳，湖泊的水量来源受到了一定的威胁。

2.2.2 人为因素。人为因素是影响湖泊变化的重要因素之一，环境的变化中，人类活动带来的影响十分显著。该研究主要选取研究区域的工农业生产值、耕地面积和人口数量3 个方面对人为因素进行分析。多年来研究区域工农业生产值在持续增加，2020年高达431 922 万元。耕地面积同时也在逐渐增大，2020年面积最大，1998年面积最小，分别为65 277.58和22 120.00 hm2，耕地面积增长近2倍。除此之外，人口数量由11.8 万增长为14.8万，增长25.4%。人口数量、工农业生产总值等的快速增长表明工、农业对水资源的需求量也在增长。工、农业发展的同时，也对博尔塔河、奎屯河和精河的环境造成了一定的破坏，导致注入湖泊的水量减少，生态环境被破坏的程度加深。

3 结论

1998—2021年艾比湖的面积呈先减少后增大再减小的趋势，2017—2021年减小的幅度极大，湖泊面积变化最大的区域为东南部。湖泊面积变化的趋势表明人类的活动逐渐频繁，环境呈进一步恶化趋势。近年来，在自然因素和人为因素的共同作用下，研究区环境的不稳定因素变得更多，将会带来更多的环境问题。相信今后运用遥感等相关技术对生态环境进行分析，并加强保护措施的实施，湖泊环境必将会有所改善。

4 参考文献

[1] 孟庆吉，李晓东.1989—2020年达里诺尔湖泊面积变化遥感监测[J].北京测绘，2022，36（2）：144-148.

[2] 张伟华，德吉央宗，平措旺丹，等.藏西北高原郭扎错湖泊面积变化与气候响应分析[J].农学学报，2021，11（10）：57-62.

[3] 杜玉娥，刘宝康，贺卫国，等.1976—2017年柴达木盆地湖泊面积变化及其成因分析[J].冰川冻土，2018，40（6）：1275-1284.

[4] 苏朝鹏，王鑫.1987—2017年呼伦湖面积变化监测与分析[J].测绘与空间地理信息，2019，42（12）：116-118.

[5] 吴素云，周斌，潘玉良，等.近25年来中亚湖泊面积遥感动态监测[J].杭州师范大学学报（自然科学版），2017，16（2）：200-204.

[6] 德吉央宗，白瑪仁增，白玛央宗，等.近40年藏西北鲁玛江冬错湖面变化的多源卫星遥感监测[J].高原山地气象研究，2022，42（1）：85-89.

[7] 丁建丽，葛翔宇，王敬哲.中国艾比湖湿地识别及其时空动态变化[J].自然资源学报，2021，36（8）：1949-1963.

[8] 崔青林，汪鸣泉，黄永健.融合随机森林模型和6种水体指数的上海市水体信息提取[J].测绘通报，2022（2）：106-109.

（责编：张宏民）