閆立娟, 鄭綿平

1)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 國(guó)土資源部鹽湖資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100037;2)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院, 北京 100037

我國(guó)蒙新地區(qū)近40年來(lái)湖泊動(dòng)態(tài)變化與氣候耦合

閆立娟1,2), 鄭綿平1)*

1)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 國(guó)土資源部鹽湖資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100037;2)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院, 北京 100037

湖泊對(duì)氣候變化有著敏感的反應(yīng), 是氣候變化的鏡子。本文以 RS和 GIS技術(shù)為基礎(chǔ), 從 20世紀(jì)70年代、90年代、2000年前后和2010年前后四期Landsat遙感影像中提取了我國(guó)內(nèi)蒙古和新疆所有湖泊信息, 建立了蒙新地區(qū)湖泊空間數(shù)據(jù)庫(kù)。一方面, 用ArcGIS軟件對(duì)研究區(qū)湖泊信息進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和空間分析, 從時(shí)間和空間上分析了蒙新地區(qū)湖泊從20世紀(jì)70年代至2010年前后近40年湖泊的動(dòng)態(tài)變化情況; 另一方面,選取了蒙新地區(qū)面積大于 5 km2的所有湖泊, 逐個(gè)分析其在四個(gè)時(shí)期的變化情況, 并根據(jù)變化結(jié)果進(jìn)行分區(qū)。從20世紀(jì)70年代至90年代, 內(nèi)蒙古東南部和新疆西部的湖泊呈現(xiàn)萎縮的趨勢(shì), 其余地區(qū)則在擴(kuò)張; 20世紀(jì)90年代至2000年前后, 內(nèi)蒙古東南部湖泊呈現(xiàn)萎縮的趨勢(shì), 內(nèi)蒙古北部和新疆全區(qū)湖泊呈現(xiàn)擴(kuò)張的趨勢(shì); 從2000年前后至2010年前后, 內(nèi)蒙古東北部和新疆西部的湖泊呈現(xiàn)萎縮的趨勢(shì), 其余地區(qū)湖泊呈現(xiàn)擴(kuò)張的趨勢(shì)。在全球氣候變暖的背景下, 本文分析了蒙新地區(qū)40個(gè)氣象臺(tái)站的氣溫、降雨量和蒸發(fā)量數(shù)據(jù), 可知: 近40年來(lái), 蒙新地區(qū)氣溫持續(xù)上升; 2000年之前, 內(nèi)蒙古的降雨量呈增加的趨勢(shì), 2000年之后驟減, 而新疆大部分地區(qū)的降雨量呈增加的趨勢(shì); 蒙新地區(qū)蒸發(fā)量整體呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)。湖泊的動(dòng)態(tài)變化基本上與氣候的變化趨勢(shì)相吻合。最后, 筆者以新疆博斯騰湖為例, 分析了湖泊變化的影響因素: 氣候環(huán)境和人類(lèi)活動(dòng)。

內(nèi)蒙古; 新疆; 湖泊; 遙感; 氣候

湖泊對(duì)氣候變化有著敏感的反應(yīng), 是氣候變化的鏡子。蒙新地區(qū)是我國(guó)湖泊的主要分布區(qū)之一,依據(jù)本文2010年前后的遙感解譯結(jié)果, 內(nèi)蒙古、新疆1 km2以上的湖泊有778個(gè)(不包括干鹽湖和干涸湖泊), 總面積13499.02 km2。該地區(qū)東西經(jīng)度跨度約51°, 南北緯度跨度約29°, 分布范圍廣(圖1)。在全球氣候變暖的大環(huán)境下, 精確分析該區(qū)近 40年來(lái)湖泊動(dòng)態(tài)變化與氣候耦合, 對(duì)研究氣候轉(zhuǎn)型和湖泊預(yù)警具有重要意義。

內(nèi)蒙古位于我國(guó)北部邊疆, 面積118.3×104km2,地處中溫帶, 從東北到西南跨越濕潤(rùn)、亞濕潤(rùn)、亞干旱和干旱等四個(gè)干濕氣候區(qū), 表現(xiàn)出明顯的中溫帶大陸性氣候寒暑劇變的特點(diǎn)(國(guó)家地圖集編纂委員會(huì),1999)。

新疆面積160多萬(wàn)km2, 是我國(guó)最大的省區(qū), 深居亞洲腹地, 緯度偏高, 周邊雪山環(huán)繞, 盆地沙漠戈壁廣布, 具有冬冷夏熱, 降水偏少、蒸發(fā)強(qiáng)烈的大陸性干燥氣候特點(diǎn)。新疆氣候大致以天山山脈為界, 劃分為北疆溫帶大陸性干旱-半干旱氣候和南疆暖溫帶大陸性干旱氣候(國(guó)家地圖集編纂委員會(huì), 1999)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與湖泊信息提取

1.1 遙感數(shù)據(jù)來(lái)源

為了反映我國(guó)蒙新地區(qū)近 40年來(lái)的湖泊動(dòng)態(tài)變化情況, 本文選擇了覆蓋內(nèi)蒙古和新疆全區(qū)的20世紀(jì)70年代、90年代、2000年前后和2010年前后四期landsat遙感影像共901景, 逐景掃描, 矢量化所有湖泊邊界信息, 建立了蒙新地區(qū)湖泊空間數(shù)據(jù)庫(kù)。該地區(qū)的遙影像信息列于表 1。其中, 新疆的博斯騰湖為我國(guó)最大的內(nèi)陸淡水湖, 圖 2為該湖1973 年(A)、1990 年(B)、2000 年(C)和 2009 年(D)的遙感影像。

表1 覆蓋內(nèi)蒙古和新疆的遙感影像Table 1 Remote sensing images of Inner Mongolia and Xinjiang

表2 內(nèi)蒙古、新疆的中國(guó)地面國(guó)際交換氣象觀(guān)測(cè)站Table 2 International exchange weather stations in Inner Mongolia and Xinjiang

圖1 研究區(qū)區(qū)域位置圖Fig. 1 Location of the study area

圖2 新疆博斯騰湖四個(gè)時(shí)期的遙感影像Fig. 2 Remote sensing images of the Boston Lake in Xinjiang in the four periods

1.2 氣象數(shù)據(jù)來(lái)源

為了精確分析我國(guó)蒙新地區(qū)氣候變化情況, 筆者收集了中國(guó)地面國(guó)際交換站中的內(nèi)蒙古22個(gè)氣象臺(tái)站和新疆18個(gè)氣象臺(tái)站(表2)1961—2012年的年平均氣溫和年降雨量數(shù)據(jù), 及1961—2001年蒸發(fā)量數(shù)據(jù), 數(shù)據(jù)由中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)提供(中國(guó)氣象局等, 2013)。氣象臺(tái)站的名稱(chēng)、分布和降雨量見(jiàn)圖1。

1.3 湖泊空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

本文對(duì)來(lái)自USGS網(wǎng)站的2級(jí)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行了預(yù)處理和假彩色合成。中國(guó)科學(xué)院觀(guān)測(cè)與數(shù)字地球科學(xué)中心提供的部分?jǐn)?shù)據(jù)為 4級(jí)數(shù)據(jù), 可直接作為矢量化的底圖。

湖泊矢量化軟件選用ArcGIS。建立湖泊空間數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí), 投影坐標(biāo)選用 Asia_Lambert_Conformal_Conic, 中央經(jīng)線(xiàn)為 110°, 雙標(biāo)準(zhǔn)緯線(xiàn)為 25°和47°。

湖泊名稱(chēng)參考 1:10萬(wàn)地形圖和相關(guān)湖泊出版物(牧寒, 2003; 王蘇民等, 1998; 鄭喜玉等, 2002)。

2 蒙新地區(qū)湖泊分布和統(tǒng)計(jì)

根據(jù)內(nèi)蒙古和新疆20世紀(jì)70年代、90年代、2000年前后和2010年前后四個(gè)時(shí)期的湖泊空間數(shù)據(jù), 本文統(tǒng)計(jì)了近 40年來(lái)蒙新地區(qū)的湖泊分布和面積信息(表3)。其中, 2010年前后, 內(nèi)蒙古面積大于0.5 km2的湖泊共652個(gè), 總面積5379.30 km2?？傮w上, 內(nèi)蒙古的湖泊從20世紀(jì)70年代至90年代擴(kuò)張; 至2000年前后基本穩(wěn)定, 略有萎縮; 至2010年前后, 面積驟減, 大于 0.5 km2的湖泊總面積較2000年已減少了1315.23 km2。2010年前后, 新疆大于0.5 km2的湖泊共552個(gè), 總面積8422.61 km2。新疆湖泊從20世紀(jì)70年代至90年代, 總面積略有縮小, 之后開(kāi)始擴(kuò)張。

3 湖面動(dòng)態(tài)變化分析

本文在分析研究區(qū)內(nèi)面積大于0.5 km2的湖泊總面積變化情況的基礎(chǔ)上, 選取了內(nèi)蒙古和新疆四個(gè)時(shí)期面積大于5 km2的所有湖泊, 逐個(gè)分析了其在四個(gè)時(shí)期的變化, 并根據(jù)變化情況進(jìn)行了分區(qū)。

3.1 20世紀(jì)70年代至90年代湖面變化

20世紀(jì)70年代, 內(nèi)蒙古面積大于0.5 km2的湖泊有 603個(gè), 總面積 5919.72 km2; 新疆面積大于0.5 km2的湖泊有656個(gè), 總面積7139.91 km2。20世紀(jì)90年代, 內(nèi)蒙古面積大于0.5 km2的湖泊有761個(gè), 總面積6806.16 km2; 新疆面積大于0.5 km2的湖泊有389個(gè), 總面積6549.30 km2(表3)。20世紀(jì)70年代至90年代, 總體上, 內(nèi)蒙古的湖泊呈擴(kuò)張的趨勢(shì), 而新疆的湖泊呈現(xiàn)萎縮的趨勢(shì)。

表3 內(nèi)蒙古、新疆湖泊統(tǒng)計(jì)信息Table 3 Statistical data of lakes in Inner Mongolia and Xinjiang

20世紀(jì)90年代, 內(nèi)蒙古面積大于5 km2的湖泊共114個(gè), 新疆面積大于5 km2的湖泊共103個(gè)。對(duì)這 217個(gè)湖泊逐一分析了面積變化情況, 結(jié)果如圖3A所示。

20世紀(jì) 90年代, 內(nèi)蒙古面積大于 5 km2的湖泊總面積5786.92 km2。與20世紀(jì)70年代相比, 新增湖泊31個(gè), 總面積432.78 km2; 面積增加的湖泊48個(gè), 總面積增加730.79 km2; 面積減少的湖泊為35個(gè), 總面積減少249.29 km2。內(nèi)蒙古有62.3%的湖泊在擴(kuò)張, 擴(kuò)張湖泊主要集中在內(nèi)蒙古的北部地區(qū), 萎縮的湖泊主要集中于內(nèi)蒙古東南部地區(qū)(圖3A)。

20世紀(jì)90年代, 新疆面積大于5 km2的湖泊總面積6101.51 km2。與20世紀(jì)70年代相比, 新增湖泊 26個(gè), 總面積 343.51 km2; 面積增加的湖泊 50個(gè), 總面積增加479.34 km2; 面積減少的湖泊為27個(gè), 總面積減少 451.36 km2。20世紀(jì) 70年代,新疆面積大于 5 km2的湖泊有 111個(gè), 總面積6396.32 km2, 而在20世紀(jì)90年代面積大于5 km2的湖泊, 在 20世紀(jì) 70年代只有 60個(gè)面積是大于5 km2的。即在20世紀(jì)70年代面積大于5 km2的111個(gè)湖泊中, 至20世紀(jì)90年代已有51個(gè)面積小于 5 km2。這說(shuō)明新疆湖泊面積的波動(dòng)情況較大。從20世紀(jì)70年代至90年代, 新疆湖泊總面積是呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)的。而湖泊面積波動(dòng)又呈現(xiàn)區(qū)域性的特征, 湖泊萎縮區(qū)主要集中在新疆的西部地區(qū), 其余地區(qū)呈現(xiàn)擴(kuò)張的趨勢(shì)(圖3A)。

3.2 20世紀(jì)90年代至2000年前后湖面變化

2000年前后, 內(nèi)蒙古面積大于 0.5 km2的湖泊有 797個(gè), 總面積 6694.53 km2; 新疆面積大于0.5 km2的湖泊有395個(gè), 總面積 7782.43 km2。與20世紀(jì)90年代相比, 內(nèi)蒙古湖泊總面積略有減少,而新疆湖泊總面積大幅增加, 大于 0.5 km2的湖泊總面積增加了1233.13 km2。

2000年前后, 內(nèi)蒙古面積大于 5 km2的湖泊共113個(gè), 新疆面積大于5 km2的湖泊共131個(gè)。對(duì)這244個(gè)湖泊逐一分析了面積變化情況, 結(jié)果見(jiàn)圖3B。

2000年前后, 內(nèi)蒙古面積大于 5 km2的湖泊總面積5656.38 km2。與20世紀(jì)90年代相比, 新增湖泊16個(gè), 總面積321.07 km2; 面積增加的湖泊有47個(gè), 總面積增加 555.29 km2; 面積減少的湖泊有 50個(gè), 總面積減少569.72 km2。面積擴(kuò)張和新增湖泊主要集中在北部地區(qū), 面積萎縮湖泊主要集中在東南部地區(qū)。與20世紀(jì)90年代相比, 萎縮線(xiàn)北移(圖3)。

2000年前后, 新疆面積大于5 km2的湖泊總面積7294.02 km2。與20世紀(jì)90年代相比, 新增湖泊28個(gè), 總面積247.80 km2; 面積增加的湖泊為87個(gè),總面積增加1117.64 km2; 面積減少的湖泊為16個(gè),總面積減少 126.45 km2。這個(gè)時(shí)期, 新疆湖泊呈現(xiàn)全面擴(kuò)張的趨勢(shì)(圖3B)。

3.3 2000年前至2010年前后湖面變化

2010年前后, 內(nèi)蒙古面積大于0.5 km2的湖泊有652個(gè), 總面積5379.30 km2; 新疆面積大于0.5 km2的湖泊有552個(gè), 總面積8422.61 km2。與20世紀(jì)90年代相比, 內(nèi)蒙古湖泊總面積減小了 1315.23 km2,而新疆湖泊總面積增加了640.18 km2。

2010年前后, 內(nèi)蒙古面積大于 5 km2的湖泊共90個(gè), 新疆面積大于5 km2的湖泊共141個(gè)。對(duì)這231個(gè)湖泊逐一分析了面積變化情況, 結(jié)果見(jiàn)圖3C。

圖3 內(nèi)蒙古、新疆近40年來(lái)湖泊動(dòng)態(tài)變化Fig. 3 Dynamic Changes of Lakes in Inner Mongolia and Xinjiang in the past forty years

圖4 內(nèi)蒙古、新疆1961—2012年平均氣溫變化趨勢(shì)Fig. 4 Annual mean temperature trend of Inner Mongolia and Xinjiang from 1961 to 2012

圖5 內(nèi)蒙古、新疆1961—2012年降雨量變化趨勢(shì)Fig. 5 Mean annual rainfall trend of Inner Mongolia and Xinjiang from 1961 to 2012

2010年前后, 內(nèi)蒙古面積大于5 km2的湖泊總面積46.34.21 km2。與2000年前后相比, 新增湖泊10個(gè), 總面積517.94 km2; 面積增加的湖泊有42個(gè),總面積增加 174.70 km2; 面積減少的湖泊有 38個(gè),總面積減少691.43 km2。湖泊擴(kuò)張區(qū)主要集中在內(nèi)蒙古的西部地區(qū), 而萎縮區(qū)集中在東北部地區(qū)(圖3C)。

2010年前后, 新疆面積大于5 km2的湖泊總面積7773.45 km2。與2000年前后相比, 新增湖泊21個(gè), 總面積 490.10 km2; 面積增加的湖泊有 87個(gè),總面積增加 760.12 km2; 面積減少的湖泊有 50個(gè),總面積減少567.62 km2。萎縮的湖泊主要集中在新疆的西北部地區(qū), 而東南部地區(qū)湖泊擴(kuò)張(圖3C)。

3.4 面積大于50 km2的湖泊動(dòng)態(tài)變化

2010年前后, 內(nèi)蒙古和新疆面積大于 50 km2的湖泊共31個(gè), 總面積9690.44 km2。各個(gè)湖泊近40年來(lái)的動(dòng)態(tài)變化情況列于表4。

4 氣候變化

圖6 內(nèi)蒙古、新疆1961—2001年蒸發(fā)量變化趨勢(shì)Fig. 6 Annual evaporation trend of Inner Mongolia and Xinjiang from 1961 to 2001

為了精確分析內(nèi)蒙古和新疆 40多年來(lái)的氣候變化情況, 筆者對(duì)研究區(qū)內(nèi)的 39個(gè)氣象臺(tái)站 1961—2012年的年平均氣溫、年降雨量和年蒸發(fā)量數(shù)據(jù)分時(shí)期進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)(因新疆的“塔中”氣象站提供了2001年以后的氣溫和降雨量數(shù)據(jù), 未統(tǒng)計(jì)其中)。為了與湖泊空間數(shù)據(jù)及我國(guó)西北地區(qū)氣候的現(xiàn)有研究成果相對(duì)應(yīng)(施雅風(fēng)等, 2003), 本文將氣溫和降雨量數(shù)據(jù)分為 1961—1970年、1971—1986年、1987—2000年和 2001—2012年四個(gè)時(shí)期, 蒸發(fā)量數(shù)據(jù)分為1961—1970年、1971—1986年、1987—2001年三個(gè)時(shí)期。將每個(gè)氣象臺(tái)站的年平均氣溫和降雨量資料取多年平均值, 并與相鄰時(shí)期的數(shù)據(jù)做對(duì)比。近40年來(lái), 蒙新地區(qū)的年平均氣溫變化趨勢(shì)如圖4所示; 年降雨量變化趨勢(shì)如圖 5所示; 1961—2001年的蒸發(fā)量變化趨勢(shì)如圖6所示。

4.1 氣溫

蒙新地區(qū)的39個(gè)氣象臺(tái)站中, 1971—1986年的年平均氣溫較1961—1970年升高的有34個(gè), 其中有25個(gè)升溫幅度超過(guò)了0.2℃, 溫度降低的地區(qū)集中在新疆中部(圖 4A); 全區(qū) 1987—2000的平均氣溫較1971—1986年大幅升高, 39個(gè)氣象臺(tái)站溫度全部升高, 92%以上的臺(tái)站升溫超過(guò)了0.2℃, 9個(gè)臺(tái)站升溫超過(guò)1℃, 新疆的“富蘊(yùn)”升溫達(dá)1.55℃, 這說(shuō)明 1987年以后, 氣候變暖的趨勢(shì)在加劇(圖 4B);2000年以后, 內(nèi)蒙古和新疆大部分地區(qū)的溫度持續(xù)上升, 只有內(nèi)蒙古的最北部和新疆中部地區(qū)的溫度稍有降低(圖4C)。

4.2 降雨量

筆者對(duì)內(nèi)蒙古和新疆 39個(gè)氣象臺(tái)站年降雨量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和分析, 1971—1986年的平均年降雨量比1961—1970年增加的有25個(gè)臺(tái)站, 其中的10個(gè)臺(tái)站降雨量增加超過(guò)了 10%, 年降雨量減少的臺(tái)站主要集中在新疆的北部、南部地區(qū)和內(nèi)蒙古的南部地區(qū)(圖 5A); 1987—2000年的年降雨量與 1971—1986年相比, 降雨量增加的臺(tái)站達(dá)到了26個(gè), 其中的 17個(gè)臺(tái)站降雨量增加量超過(guò)了 10%, 最多達(dá)到61.55%, 內(nèi)蒙古的東北部地區(qū)降雨量普遍增加, 新疆全區(qū)降雨量顯著增加(圖 5B); 2001—2012年較1987—2000年, 年降雨量增加的臺(tái)站有13個(gè), 增加最多的為新疆的“喀什”(43.12%), 降雨量增加的臺(tái)站主要集中在新疆, 內(nèi)蒙只有東部的“巴彥諾爾公”和“達(dá)茂旗氣象局”的降雨量增加, 其余均減少,且有 14個(gè)臺(tái)站減少量超過(guò)了 15%(圖 5C)。根據(jù)降雨量的變化趨勢(shì), 筆者將蒙新地區(qū)劃為了“暖干”和“暖濕”區(qū)(圖5)。

4.3 蒸發(fā)量

因中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)提供的共享數(shù)據(jù)中的蒸發(fā)量(小型)只到2001年, 本文結(jié)合前人研究成果, 分析了蒙新地區(qū)近40年來(lái)蒸發(fā)量變化趨勢(shì)。1971—1986年與1961—1970相比, 蒸發(fā)量減少的有22個(gè)臺(tái)站。整體上, 蒙新地區(qū)的蒸發(fā)量是減小的, 增加地區(qū)主要集中在內(nèi)蒙古的中部地區(qū)。1987—2001年與1971—1986年相比, 蒸發(fā)量減少的有25個(gè)臺(tái)站, 蒙新地區(qū)蒸發(fā)量減小的趨勢(shì)仍在持續(xù)(圖6)。本文及前人的分析結(jié)果(普宗朝等, 2009; 劉波等,2010; 苗運(yùn)玲等, 2013; 宮恒瑞, 2013)表明, 近40年來(lái), 我國(guó)內(nèi)蒙古和新疆地區(qū)的蒸發(fā)量總體呈下降的趨勢(shì), 但在不同地區(qū)也存在著不平衡性。

5 湖面動(dòng)態(tài)變化與氣候耦合

氣候變化直接影響著湖泊水量的收支, 湖泊對(duì)氣候變化有著快速而直接的反應(yīng)。在全球氣候變暖的大環(huán)境下, 近40年來(lái), 內(nèi)蒙古和新疆的氣溫在不斷上升, 而蒸發(fā)量呈下降趨勢(shì)。內(nèi)蒙古的降雨量在1971—2000年大部分地區(qū)呈增加的趨勢(shì), 但2000年之后降雨量明顯下降; 新疆的降雨量在20世紀(jì)70年代后局部地區(qū)有所增加, 1987年之后降雨量顯著增加, 2000年之后大部分地區(qū)持續(xù)增加。湖泊的變化趨勢(shì)基本上反應(yīng)了氣候的變化。內(nèi)蒙古的湖泊從20世紀(jì)70年代至90年代, 除南部靠近省界線(xiàn)部分少量湖泊萎縮外, 其余湖泊顯著擴(kuò)張; 至2000年, 繼續(xù)擴(kuò)張湖泊減少, 擴(kuò)張線(xiàn)南移; 而2000年之后, 大部分地區(qū)呈現(xiàn)萎縮的趨勢(shì), 這與該地區(qū)降雨量與蒸發(fā)量的變化情況相吻合。新疆湖泊近40年來(lái), 除在20世紀(jì)90年代局部地區(qū)萎縮外, 之后一直呈擴(kuò)張的趨勢(shì),尤其是1987年之后, 隨著降雨量的增加和蒸發(fā)量的減少, 全區(qū)湖泊顯著擴(kuò)張, 反映了近年來(lái)的氣候變化情況。

6 湖面動(dòng)態(tài)變化影響因素

湖面動(dòng)態(tài)變化是自然和人類(lèi)活動(dòng)綜合作用的結(jié)果, 在人類(lèi)活動(dòng)較少的地區(qū), 自然因素起主導(dǎo)作用,而在人類(lèi)活動(dòng)頻繁的地區(qū), 部分湖泊受人類(lèi)活動(dòng)的影響越來(lái)越大。

6.1 氣候因素

近40年來(lái), 內(nèi)蒙古和新疆地區(qū)的氣溫一直呈上升的趨勢(shì), 1987—2000年升溫幅度最大, 到2000年之后有所緩和, 氣溫升高導(dǎo)致大量冰川融化, 河流補(bǔ)給量增加。1971—1986年, 新疆天山兩側(cè)的降雨量有所增加; 1987年開(kāi)始, 新疆全區(qū)降雨量顯著增加; 2000年之后, 除天山局部地區(qū)的降雨量有所減少外, 新疆的降雨量繼續(xù)保持了增加的趨勢(shì)。1961—2000年, 內(nèi)蒙古的降雨量整體上是呈增加的趨勢(shì)的, 呈現(xiàn)了東多西少, 南多北少的特點(diǎn); 但2000年之后, 除受西風(fēng)帶影響的西部地區(qū)外, 內(nèi)蒙古的降雨量驟減。內(nèi)蒙古和新疆地區(qū)的蒸發(fā)量呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)。

大氣環(huán)流是天氣和氣候形成和演變的基本原因之一(范可等, 2013)。新疆屬內(nèi)陸干旱區(qū), 氣候主要受西風(fēng)帶及其上的擾動(dòng)影響, 昆侖山一帶還會(huì)受少量來(lái)自印度洋的西南季風(fēng)的影響。研究表明, 1987年后大氣環(huán)流年代際變化形成“東高西低”環(huán)流背景場(chǎng), 西風(fēng)帶向該區(qū)的水汽輸送增加, 水汽輻合增強(qiáng), 有利于降水的增加(戴新剛等, 2012)。另外, 1987之后南風(fēng)增強(qiáng)有利于水汽由南向北輸送, 并凝結(jié)降水(施雅風(fēng)等, 2003)。內(nèi)蒙古大部分屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū), 西部地區(qū)還受到西風(fēng)帶的影響, 降雨水汽主要來(lái)自源南太平洋和北大西洋(王菱等, 2008;高晶, 2013)。內(nèi)蒙古的西部地區(qū), 因受到西風(fēng)帶攜帶的水汽的增加, 降雨量在近40年來(lái)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì);而其余部分的降水則主要受東亞季風(fēng)震蕩的影響(陳隆勛等, 2006; 姜大膀等, 2013; Jiang et al.,2013)。

6.2 人類(lèi)活動(dòng)

人類(lèi)活動(dòng)對(duì)湖泊等水體的消長(zhǎng)影響較大。如新疆的羅布泊、居延海、內(nèi)蒙古與黑龍江省交界處的尼爾基水庫(kù)等。

6.3 以新疆博斯騰湖為例

博斯騰湖是新疆最大的湖泊, 位于焉耆盆地東南面博湖縣境內(nèi)。湖泊屬溫帶大陸性干旱氣候, 湖水主要依賴(lài)地表徑流補(bǔ)給, 開(kāi)都河是博斯騰湖的主要補(bǔ)給源, 也是唯一能常年補(bǔ)給博斯騰湖的河流,補(bǔ)給量達(dá)84.7%(邱輝等, 2013)。博斯騰湖的水位在1956—1986年是呈下降的趨勢(shì)的, 1987年開(kāi)始上升,但從2003年, 又呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)(圖7), 這與遙感解譯的湖泊面積相一致(表5)。

圖7 1956—2009年博斯騰湖水位的變化(據(jù)邱輝等, 2013)Fig. 7 The water level variations of the Bosten Lake from 1956 to 2009(after QIU et al., 2013)

表5 1973—2009年博斯騰湖動(dòng)態(tài)變化Table 5 Dynamic changes of the Bosten Lake from 1973 to 2009

博斯騰湖水位變化, 一方面是氣候變化的結(jié)果,另一方面, 也與人類(lèi)活動(dòng)密切相關(guān)。

隨著人口的增加和大規(guī)模的土地開(kāi)發(fā), 農(nóng)業(yè)用水量迅速增長(zhǎng)。博斯騰湖出流為孔雀河。1983年, 博斯騰湖西泵站投入運(yùn)行, 孔雀河口被封堵, 大湖水通過(guò)西泵站揚(yáng)水輸入孔雀河。小湖水通過(guò)達(dá)吾提閘流入孔雀河。2008年, 東泵站建成運(yùn)行后, 東、西泵站與達(dá)吾提閘聯(lián)合運(yùn)行, 共同承擔(dān)下游庫(kù)爾勒市及尉犁縣城市用水、灌溉供水任務(wù), 同時(shí)保護(hù)博斯騰湖周邊的生態(tài)環(huán)境, 調(diào)節(jié)湖水位(王杰等, 2013)。2000—2009年, 人類(lèi)活動(dòng)對(duì)博斯騰湖入湖水量影響的貢獻(xiàn)率已達(dá)76.2%(王鯤菲, 2013)。

7 結(jié)論

(1)總體上, 內(nèi)蒙古面積大于 0.5 km2的湖泊總面積從20世紀(jì)70年代至90年代擴(kuò)張; 至2000年前后基本穩(wěn)定, 略有萎縮; 至2010年前后驟減。新疆面積大于0.5 km2的湖泊總面積從20世紀(jì)70年代至90年代萎縮, 之后開(kāi)始擴(kuò)張。

(2)具體而言, 從20世紀(jì)70年代至90年代, 內(nèi)蒙古東南部和新疆西部的湖泊呈現(xiàn)萎縮的趨勢(shì), 其余地區(qū)則在擴(kuò)張; 20世紀(jì)90年代至2000年前后, 內(nèi)蒙古東南部湖泊呈現(xiàn)萎縮的趨勢(shì), 內(nèi)蒙古北部和新疆湖泊呈現(xiàn)擴(kuò)張的趨勢(shì); 從2000年前后至2010年前后, 內(nèi)蒙古東部和新疆西部的湖泊呈現(xiàn)萎縮的趨勢(shì), 其余地區(qū)湖泊呈現(xiàn)擴(kuò)張的趨勢(shì)。

(3)近40年來(lái), 蒙新地區(qū)氣溫持續(xù)上升; 2000年之前, 內(nèi)蒙古的降雨量呈增加的趨勢(shì), 2000年之后驟減, 而新疆的降雨量大部分地區(qū)呈增加的趨勢(shì);蒙新地區(qū)蒸發(fā)量整體呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)。湖泊的動(dòng)態(tài)變化基本上與氣候的變化趨勢(shì)相吻合。

(4)氣候環(huán)境和人類(lèi)活動(dòng)是影響湖泊動(dòng)態(tài)變化的主要因素。在人類(lèi)活動(dòng)頻繁的地區(qū), 人類(lèi)活動(dòng)對(duì)湖泊的消長(zhǎng)起著越來(lái)越重要的作用。

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致謝: 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所鹽湖與熱水資源研究發(fā)展中心?；哿滞瓿闪瞬糠趾吹氖噶炕ぷ? 中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)提供了研究區(qū)的平均氣溫、降雨量和蒸發(fā)量數(shù)據(jù)。在此一并致謝！

Dynamic Changes of Lakes in Inner Mongolia–Xinjiang Region and the Climate Interaction in the Past Forty Years

YAN Li-juan1,2), ZHENG Mian-ping1)*
1)MLR Key Laboratory of Saline Lake Resources and Environments, Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037;2)Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037

Lake change, as a mirror of climate change, has sensitive responses to climate change. The authors extracted information of all lakes in Inner Mongolia and Xinjiang from Landsat of the 1970’s, the 1990’s, around 2000 and 2010 based on RS and GIS and developed the spatial database of lakes. On the one hand, through a statistic analysis of lake spatial data using ArcGIS, the authors detected the dynamic changes of lakes in Inner Mongolia and Xinjiang from the 1970’s to 2010 or so in the light of time and space. On the other hand, some representative lakes whose area is larger than 5 km2were selected to analyze the dynamic changes one by one,and division of these lakes into expansion area and atrophy area was made according to the dynamic changes.From the 1970’s to the 1990’s, lakes in south Inner Mongolia and west Xinjiang were shrunk whereas lakes in other places of the study region tended to expand. From the 1990’s to 2000, lakes in south Inner Mongolia were shrunk whereas lakes in north Inner Mongolia and Xinjiang were expanded. From 2000 to 2010, lakes in east Inner Mongolia and west Xinjiang were shrunk whereas other lakes were expanded. Under the background of the global climate warming, the authors analyzed annual mean temperature, annual rainfall and annual evaporation data of forty meteorological stations, and reached some conclusions based on the data obtained: in the past forty years, annual mean temperature in Inner Mongolia and Xinjiang kept rising; annual rainfall in Inner Mongolia had kept growing before 2000 but decreased suddenly after 2000, and annual rainfall in most part of Xinjiang tended to increase; annual evaporation in Inner Mongolia and Xinjiang tended to decrease. Dynamic changes of lakes in Inner Mongolia–Xinjiang region were consistent with the variation tendency of climate. With the Boston Lake of Xinjiang as an example, the authors finally analyzed the factors responsible for the lake changes, i.e., climatic environment and human activity.

Inner Mongolia; Xinjiang; lake; remote sensing; climate

P641.3; P641.13

A

10.3975/cagsb.2014.04.08

本文由國(guó)土資源部公益性科研專(zhuān)項(xiàng)(編號(hào): 201011001)、國(guó)家自然科學(xué)重點(diǎn)基金項(xiàng)目(編號(hào): 40531002)和中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(編號(hào): 1212011120046; 1212010511901)聯(lián)合資助。

2013-07-10; 改回日期: 2013-09-25。責(zé)任編輯: 魏樂(lè)軍。

閆立娟, 女, 1983年生。博士研究生, 工程師。主要從事遙感應(yīng)用與湖泊環(huán)境研究。E-mail: yanlijuanyun@126.com。

*通訊作者: 鄭綿平, 男, 1934年生。研究員, 中國(guó)工程院院士。主要從事鹽湖學(xué)與鹽類(lèi)礦床地質(zhì)學(xué)研究。E-mail: zhengmp2010@126.com。