李曉鋒, 姚曉軍,*, 孫美平,2, 宮 鵬, 安麗娜, 祁苗苗, 高永鵬

1 西北師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,蘭州 730070 2 中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍圈國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,蘭州 730000

湖泊是指陸地上的盆地或洼地積水形成的、有一定水域面積、換水較為緩慢的水體[1]。作為陸地水圈的重要組成部分,湖泊不僅參與自然界的水分循環(huán),而且對(duì)氣候變化極為敏感,是揭示全球氣候變化與區(qū)域響應(yīng)的重要信息載體[1-3]。我國西北地區(qū)大部屬干旱半干旱氣候區(qū),水資源一直是制約區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與流域生態(tài)環(huán)境建設(shè)的關(guān)鍵因素,因此湖泊水資源-環(huán)境在社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)中扮演著重要角色[4-5]。

近50年來,伴隨我國西北地區(qū)土地資源的大規(guī)模開發(fā),人類活動(dòng)通過修筑大量水利設(shè)施攔截入湖地表徑流,加劇下游湖泊水資源的短缺,導(dǎo)致湖泊迅速萎縮、咸化甚至干涸等問題,嚴(yán)重危及湖泊及其毗鄰區(qū)域的生態(tài)環(huán)境,造成湖泊生物多樣性喪失、湖濱地區(qū)荒漠化加劇等問題[6-7]。2014年,中國科學(xué)院啟動(dòng)科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)(STS)計(jì)劃項(xiàng)目——“西北地區(qū)生態(tài)變化綜合評(píng)估”,任務(wù)之一是結(jié)合遙感資料對(duì)西北地區(qū)過去15年的生態(tài)變化過程進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估。作為此次綜合評(píng)估的重要內(nèi)容之一,認(rèn)識(shí)西北地區(qū)湖泊當(dāng)前狀況及變化特征是制訂科學(xué)保護(hù)對(duì)策的基礎(chǔ)?？v觀現(xiàn)有文獻(xiàn)資料,關(guān)于西北地區(qū)湖泊研究成果頗多,如馬榮華等[1]基于1960—1980年地形圖和2005—2006年遙感影像數(shù)據(jù),對(duì)我國湖泊變化進(jìn)行了系統(tǒng)研究,結(jié)果表明西北地區(qū)湖泊萎縮(或消失)與擴(kuò)張(或新生)并存；閆麗娟和鄭綿平[8]建立了新疆和內(nèi)蒙古兩個(gè)自治區(qū)的湖泊數(shù)據(jù)庫,發(fā)現(xiàn)2000—2010年期間內(nèi)蒙古東北部和新疆西部湖泊呈現(xiàn)萎縮趨勢(shì),其余地區(qū)湖泊呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì)；姚曉軍等[9]對(duì)青海省可可西里地區(qū)湖泊變化研究表明,2000—2011年湖泊面積快速增加,個(gè)別湖泊出現(xiàn)潰壩或溢流現(xiàn)象；三江源地區(qū)湖泊大致以2000年為界經(jīng)歷了先萎縮后擴(kuò)張的變化過程,但萎縮強(qiáng)度大于擴(kuò)張強(qiáng)度[10]。此外,一些學(xué)者對(duì)于大型湖泊也開展了較詳細(xì)的研究工作,如青海湖[11]、博斯騰湖[12]、艾比湖[13]、卓乃湖[14]等。然而,由于研究目的不同,與此次評(píng)估研究區(qū)域和時(shí)段相吻合的文獻(xiàn)甚少,亟需應(yīng)用遙感資料和地理信息技術(shù)建立我國西北地區(qū)2000年以來較長時(shí)間序列的湖泊空間數(shù)據(jù)庫,從而為提出適合于西北地區(qū)和絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的生態(tài)保護(hù)建設(shè)對(duì)策提供數(shù)據(jù)支撐和理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

我國西北地區(qū)在行政區(qū)劃上包括陜西、寧夏、甘肅、青海、新疆5省(自治區(qū))和內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟、烏海市和鄂爾多斯市,介于31°36′—49°36′N,73°29′—111°27′E之間,面積33.4×104km2,約占我國國土面積的35%(圖1)。西北地區(qū)地形以高原、盆地和山地為主,并呈現(xiàn)山脈與盆地相間分布的特征。本區(qū)域光熱資源豐富,蒸發(fā)強(qiáng)烈,干燥少雨,晝夜溫差大,屬溫帶大陸性氣候和溫帶/亞寒帶草原氣候區(qū),年降水量多在400 mm以下,由東南和西北向中部遞減,植被覆蓋稀疏,主要以草原、荒漠為主[15]。

圖1 研究區(qū)Fig.1 The study area

據(jù)“中國2005—2006年1∶25萬面積1.0 km2以上湖泊分布數(shù)據(jù)集”統(tǒng)計(jì)[16],我國共有面積大于1.0 km2的自然湖泊2693個(gè),面積8.14×104km2,其中西北地區(qū)湖泊共437個(gè),面積2.03×104km2,分別占全國湖泊相應(yīng)總量的16.2%和24.9%。西北地區(qū)面積大于10.0 km2的湖泊共143個(gè),面積1.93×104km2,占西北地區(qū)湖泊總面積的95.1%,為本區(qū)湖泊主體[1]?？紤]到干鹽湖受季節(jié)性降水影響強(qiáng)烈,以及建有攔水壩或大量引水設(shè)施的湖泊無法反映自然狀態(tài)下的湖泊自身變化,因此挑選了111個(gè)面積大于10.0 km2的湖泊作為研究對(duì)象,其中青海75個(gè),新疆33個(gè),甘肅、陜西和內(nèi)蒙古各1個(gè),這些湖泊總面積占研究區(qū)湖泊總面積(1.0 km2以上湖泊)的81.76%,基本可以代表西北地區(qū)湖泊變化總體特征。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)

為建立2000—2014年西北地區(qū)湖泊時(shí)空數(shù)據(jù)庫,從USGS(http://glovis.usgs.gov)網(wǎng)站上下載了590景Landsat TM/ETM+/OLI遙感影像(Level 1T,數(shù)據(jù)量約為450 GB),作為解譯湖泊的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。受季節(jié)性降水影響,湖泊面積年內(nèi)波動(dòng)往往較為劇烈,為便于比較應(yīng)盡可能選擇湖泊范圍年內(nèi)較為穩(wěn)定時(shí)期的遙感影像。以距離最近為原則,從中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn)下載并整理了33個(gè)氣象站點(diǎn)自建站以來的逐月氣溫與降水?dāng)?shù)據(jù),通過分析各站點(diǎn)年內(nèi)降水變化特征并選擇降水較少的月份作為適合的遙感影像獲取時(shí)間。據(jù)統(tǒng)計(jì),10月和11月的遙感影像數(shù)量最多,分別為256景和179景,二者占遙感影像總數(shù)量的73.38%；其次為9月、8月和12月,共136景；受云遮蓋影響,少量湖泊在個(gè)別年份選用了1月、2月和7月的遙感影像,共19景。

此外,本文同時(shí)參考了“中國2005—2006年1∶25萬面積1.0 km2以上湖泊分布數(shù)據(jù)集”[16]、“2000—2011年可可西里地區(qū)主要湖泊邊界矢量數(shù)據(jù)”[9]以及《中國湖泊志》[17]用以確定湖泊的位置和名稱,從地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn)下載的SRTM數(shù)據(jù)用作湖泊變化分區(qū)的地形參考底圖。

2.2 研究方法

湖泊水體信息提取方法包括自動(dòng)提取和人工目視解譯兩大類,前者主要包括單波段閾值法、比值法、水體指數(shù)法、光譜分類法、特征變換法、特征分割法、基于水體光譜知識(shí)的水體自動(dòng)判別法以及分步迭代法等[18-20]。自動(dòng)提取方法主要是利用水體在紅光、近紅外和短波紅外波段上的強(qiáng)吸收特性,通過一系列運(yùn)算實(shí)現(xiàn)水體與背景地物的分離[21],這類方法具有自動(dòng)化程度高、工作量小等優(yōu)點(diǎn),但通常對(duì)于遙感影像的質(zhì)量要求較高且閾值確定難度較大。人工目視解譯方法主要是對(duì)假彩色合成后的遙感影像進(jìn)行目視判別,通過數(shù)字化方式獲得湖泊矢量邊界,此方法的優(yōu)點(diǎn)是解譯精度高,缺點(diǎn)則是工作量大且對(duì)工作人員的要求較高。由于本研究區(qū)湖泊數(shù)量多且類型多樣,為保證湖泊提取精度,統(tǒng)一采用人工目視解譯方法提取湖泊矢量邊界。為保證矢量化過程中解譯標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一,參照科技部科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)“中國湖泊水質(zhì)、水量與生物資源調(diào)查”制定的原則[1],對(duì)每個(gè)湖泊一次性解譯其15期數(shù)據(jù),精度控制在一個(gè)像元。

考慮到湖泊人工目視解譯自身存在的誤差(如混合像元的影響),為科學(xué)評(píng)判湖泊變化狀況,采用如下公式提取各湖泊面積變化狀態(tài)：

(1)

ΔS=Sj-Si

(2)

(3)

式中,ΔS為兩期湖泊面積的差值,i和j分別為年份；ΔE為兩期湖泊矢量化數(shù)據(jù)的面積誤差；Pi和Pj分別為i和j時(shí)刻湖泊多邊形周長；Hc為Landsat TM/ETM+/OLI遙感影像像元邊長的一半,取值為15 m。

3 結(jié)果與討論

3.1 西北地區(qū)湖泊現(xiàn)狀

根據(jù)統(tǒng)計(jì)(表1),2014年我國西北地區(qū)111個(gè)湖泊總面積為1.74×104km2。其中,青海省湖泊數(shù)量和面積最多(大),分別占西北地區(qū)湖泊相應(yīng)總量的67.57%和67.48%；新疆維吾爾自治區(qū)湖泊數(shù)量和面積位居第2位,所占比重分別為29.73%和32.01%；青海與新疆兩個(gè)省(自治區(qū))所擁有的湖泊構(gòu)成我國西北地區(qū)湖泊的主體。甘肅、陜西和內(nèi)蒙古境內(nèi)面積≥10.0 km2的湖泊各有1個(gè),分別為尕海(22.74 km2)、紅堿淖(31.68 km2)和東居延海(34.60 km2)。從湖泊所屬湖區(qū)來看,位于青藏高原湖區(qū)的湖泊共75個(gè),面積1.17×104km2；隸屬于蒙新湖區(qū)的湖泊共36個(gè),面積0.57×104km2。

在111個(gè)湖泊中,面積大于1000.0 km2的特大型湖泊只有1個(gè),即青海湖(4355.50 km2)。面積介于500.0—1000.0 km2的湖泊共有8個(gè),分別為阿牙克庫木湖(980.68 km2)、博斯騰湖(909.50 km2)、布倫托海(857.68 km2)、鄂陵湖(655.89 km2)、烏蘭烏拉湖(652.62 km2)、哈拉湖(606.33 km2)、阿其格庫勒(540.25 km2)和扎陵湖(539.77 km2),湖泊總面積為5742.72 km2；面積介于100.0—500.0 km2和50.0—100.0 km2的湖泊有19個(gè)和18個(gè),總面積分別為4497.16 km2和1257.76 km2；面積介于10.0—50.0 km2的湖泊數(shù)量最多(60個(gè)),總面積為1484.00 km2。在“中國2005—2006年1∶25萬面積1.0 km2以上湖泊分布數(shù)據(jù)集”[18]中,位于本研究區(qū)且面積≥10.0 km2的湖泊中有5個(gè)湖泊至2014年由于面積萎縮而小于10.0 km2,為便于比較本文保留了這些湖泊,分別為巴里坤北湖(8.45 km2)、S63005(7.97 km2)、土布拉克湖(7.33 km2)、臺(tái)特瑪湖(7.24 km2)和柴窩堡湖(6.13 km2)。

表1 2014年西北地區(qū)各省(自治區(qū))湖泊(≥ 10.0km2)統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of lakes with area above 10 km2 in northwest China in 2014

3.2 西北地區(qū)湖泊總體變化特征

圖2 2000—2014年西北地區(qū)湖泊面積變化Fig.2 Area change of lakes in northwest China from 2000 to 2014

我國西北地區(qū)面積≥10.0 km2的湖泊遙感影像解譯結(jié)果統(tǒng)計(jì)顯示(圖2),2000—2014年時(shí)段內(nèi)湖泊面積總體呈現(xiàn)增加態(tài)勢(shì),由2000年的1.58×104km2增加為1.74×104km2,擴(kuò)張幅度達(dá)10.13%。其中,2000—2002年和2009—2012年兩個(gè)時(shí)段內(nèi)湖泊規(guī)模擴(kuò)張最為明顯,湖泊面積分別增加708.44 km2和775.66 km2。對(duì)各湖泊面積變化分析發(fā)現(xiàn),2000—2002年期間西北地區(qū)湖泊規(guī)模擴(kuò)張的主要原因是艾比湖和阿牙克庫木湖面積的急劇增加,二者面積分別增加245.01 km2和105.72 km2,約占此時(shí)段湖泊總面積變化的一半；盡管以青海湖、崗納格瑪錯(cuò)和隆熱錯(cuò)等為主的16個(gè)湖泊面積萎縮超過1.0 km2,但其面積總減少量遠(yuǎn)小于面積增加超過1.0 km2的湖泊(53個(gè))。2009—2012年,湖泊面積增幅大于10.0 km2的湖泊共有27個(gè),其中阿牙克庫木湖、鹽湖、青海湖、烏蘭烏拉湖、阿其格庫勒、西金烏蘭湖和庫賽湖7個(gè)湖泊面積增加超過50.0 km2；相比較而言,此時(shí)段湖泊呈現(xiàn)萎縮的數(shù)量較少,僅有卓乃湖、宰日子下湖和東居延海3個(gè)湖泊面積減少幅度超過10.0 km2,且卓乃湖面積減少(-105.43 km2)是由于前期規(guī)?？焖贁U(kuò)張而潰決所導(dǎo)致[14]。圖2的另一顯著特征是2004年湖泊總面積有所減少,其原因是艾比湖和博斯騰湖的面積較2003年分別減少了157.06 km2和87.43 km2。

就研究區(qū)所在的青藏高原湖區(qū)和蒙新湖區(qū)湖泊面積變化來看(圖3),二者呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律。青藏高原湖區(qū)湖泊整體呈現(xiàn)規(guī)模擴(kuò)張態(tài)勢(shì)(圖3),尤其是2006年之后,湖泊面積增加速率高達(dá)99.05 km2/a。蒙新湖區(qū)湖泊面積表現(xiàn)為劇烈波動(dòng)(圖3),以2003年、2009年和2012年為時(shí)間節(jié)點(diǎn)可劃分為4個(gè)變化階段,依次為增加—減少—增加—減少。在研究時(shí)段內(nèi),青藏高原湖區(qū)面積變化排名前5的湖泊分別為烏蘭烏拉湖(+140.02 km2)、西金烏蘭湖(+127.53 km2)、鹽湖(+107.01 km2)、卓乃湖(-94.87 km2)和青海湖(+93.51 km2),面積最大的湖泊依然是青海湖；蒙新湖區(qū)相應(yīng)為阿牙克庫木湖(+335.00 km2)、艾比湖(-238.93 km2)、博斯騰湖(-216.31 km2)、阿其格庫勒(+174.23 km2)和阿克賽欽湖(+88.71 km2)。需要指出的是,由于博斯騰湖面積銳減和阿牙克庫木湖面積激增,后者于2010年面積超過前者而成為新疆維吾爾自治區(qū)第一大湖泊。

圖3 2000—2014年青藏高原湖區(qū)與蒙新湖區(qū)湖泊面積變化Fig.3 Area change of lakes in Tibetan Plateau Lake Zone and Inner Mongolia-Xinjiang Lake Zone from 2000 to 2014

3.3 西北地區(qū)湖泊變化空間分異規(guī)律

2000—2014年西北地區(qū)湖泊在總體上表現(xiàn)為面積增加態(tài)勢(shì)的同時(shí),其內(nèi)部也呈現(xiàn)出明顯的地域分異特征。根據(jù)研究區(qū)各湖泊面積變化趨勢(shì),西北地區(qū)大致可劃分為A、B、C、D、E的5個(gè)區(qū)域(圖4),其中,A和E區(qū)域?yàn)楹疵娣e穩(wěn)定區(qū),B和D區(qū)域?yàn)楹疵娣e萎縮區(qū),C區(qū)域?yàn)楹疵娣e擴(kuò)張區(qū)。需要說明的是,由于研究區(qū)內(nèi)蒙古自治區(qū)和陜西省各僅擁有1個(gè)湖泊,因此在本分區(qū)方案中將這兩個(gè)湖泊納入B區(qū)。

圖4 2000—2014年西北地區(qū)湖泊面積變化空間分異Fig.4 Spatial difference of lake area change in northwest China from 2000 to 2014

湖泊面積變化呈現(xiàn)穩(wěn)定的A區(qū)和E區(qū)分別位于新疆北部和青海南部,前者南界大致為準(zhǔn)噶爾盆地北緣—阿拉山口,后者北界沿崗欽扎仲—各拉丹冬峰—多索崗日—昆侖山口—雅拉達(dá)澤峰—巴顏喀拉山—瑪卿崗日分布。在A區(qū),除布倫托海東側(cè)的65—111和65-010兩個(gè)湖泊在2000—2014年分別表現(xiàn)為面積持續(xù)減少和面積持續(xù)增加趨勢(shì)外,布倫托海、賽里木湖、吉力湖、哈納斯湖和艾里克湖面積整體變化不大,尤其是2000—2009年期間,湖泊面積標(biāo)準(zhǔn)差均小于1.0 km2。在E區(qū)共分布有23個(gè)湖泊,除燕子湖、諾多錯(cuò)、錯(cuò)江欽、星星海、阿涌吾爾瑪錯(cuò)、阿涌尕瑪錯(cuò)和崗納格瑪錯(cuò)7個(gè)湖泊面積呈現(xiàn)較強(qiáng)的年際波動(dòng)外,其他湖泊總體表現(xiàn)為穩(wěn)定。

位于準(zhǔn)噶爾盆地和吐魯番盆地的博斯騰湖、艾比湖和柴窩堡湖構(gòu)成北疆湖泊面積減少區(qū)(B區(qū),圖4),這3個(gè)湖泊在近14年間面積分別減少了216.31 km2(-19.21%)、238.93 km2(-39.52%)和23.45 km2(-79.27%)。本區(qū)內(nèi)的巴里坤北湖和艾里克湖面積雖有所增加,但變化較為復(fù)雜,如巴里坤北湖面積年際波動(dòng)極為劇烈,2012年面積為8.65 km2,2013年驟減為2.58 km2,2014年又恢復(fù)為8.45 km2；艾里克湖則由于上游水庫截流而于20世紀(jì)90年代末期干涸[22],隨著引水入湖工程的實(shí)施,艾里克湖面積迅速增加,由2001年的21.65 km2擴(kuò)張為2004年的54.70 km2,盡管在2005年、2007—2008年面積有所減少,但總體呈現(xiàn)增加趨勢(shì),至2014年面積為63.19 km2。另一湖泊萎縮區(qū)(D區(qū),圖4)包括土布拉克湖、紅山湖、列騰格湖和薩力吉勒干南庫勒4個(gè)湖泊,位于國道219與喀拉喀什河流域之間。在這4個(gè)湖泊中,列騰格湖和土布拉克湖萎縮最為明顯,二者面積分別減少34.49 km2(-77.09%)和17.98 km2(-71.04%)；薩力吉勒干南庫勒和紅山湖面積減少主要發(fā)生在2012年之后,較2000年面積分別減少2.51 km2(-3.72%)和1.63 km2(-11.02%)。

湖泊面積擴(kuò)張區(qū)(C區(qū),圖4)包括塔里木盆地、昆侖山北麓、阿爾金山、可可西里地區(qū)、柴達(dá)木盆地、祁連山南麓至三江源北部的大片區(qū)域,涉及的湖泊數(shù)量最多(71個(gè))。在本區(qū)除卓乃湖、高臺(tái)湖、飲馬湖、太陽湖和依協(xié)克帕提湖等少數(shù)湖泊面積有所減少或保持穩(wěn)定外,大多數(shù)湖泊呈現(xiàn)快速擴(kuò)張趨勢(shì),如面積急劇增加的阿牙克庫木湖、阿其格庫勒、烏蘭烏拉湖、西金烏蘭湖、鹽湖和青海湖均位于本區(qū)。盡管本區(qū)湖泊總體呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì),但內(nèi)部依然呈現(xiàn)較為明顯的差異性,如柴達(dá)木盆地和塔里木盆地內(nèi)的湖泊擴(kuò)張與萎縮相伴；位于祁連山的青海湖和哈拉湖在2003年和2013年出現(xiàn)萎縮,其他年份表現(xiàn)為擴(kuò)張或穩(wěn)定；可可西里地區(qū)、昆侖山北麓與阿爾金山間的湖泊規(guī)模持續(xù)增大。

3.4 西北地區(qū)湖泊變化成因

湖泊面積變化是其水量平衡的直接反映。當(dāng)湖水收入超過支出,水量為正平衡,表現(xiàn)為湖泊面積增加或水位上升,反之則表現(xiàn)為湖泊萎縮和水位下降。在湖泊水量平衡方程中,收入要素主要包括湖面降水量、湖面水汽凝結(jié)量和入湖地表(下)徑流量,支出要素則包括湖面蒸發(fā)量、湖水滲透量和出湖地表徑流量(閉流類湖不包含)。在我國西北高山地區(qū),入湖地表徑流不僅包括由降水形成的地表徑流,而且還包括冰川融水徑流和凍土水分釋放。同時(shí),對(duì)于盆地內(nèi)低海拔湖泊,人類活動(dòng)的干預(yù)也直接影響湖泊水量的收支情況。因此,影響西北地區(qū)湖泊變化的成因極其復(fù)雜,本文主要結(jié)合前人研究成果探討影響各分區(qū)湖泊變化的主要成因。

在湖泊面積變化呈現(xiàn)穩(wěn)定的A區(qū)和E區(qū),影響湖泊變化的主要成因是湖區(qū)地形和人類活動(dòng)。位于A區(qū)北部和西部的哈納斯湖與賽里木湖屬于高山湖泊,主要由冰川融水以及降水補(bǔ)給,雖然近來該地區(qū)氣候呈增暖增濕的態(tài)勢(shì),但由于湖的四周緊靠山地,兩岸多陡坡,因此湖泊面積表現(xiàn)為較穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)。A區(qū)南部的布倫托海(烏倫古湖)和吉力湖為烏倫古河的尾閭,該地區(qū)受人為影響較大,湖河沿岸分布有大量的灌溉區(qū),雖然2005年以來烏倫古河流量減少甚至斷流,但由于流域規(guī)劃管理的完善,湖泊表現(xiàn)出較為穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)[23]。雖然E區(qū)氣候的暖濕化態(tài)勢(shì)使該地區(qū)冰川融水、降水有所增加,但該地區(qū)湖面蒸發(fā)量也在隨氣溫的上升而增加[10,24],位于該區(qū)域湖泊的一個(gè)最主要特征是由湖區(qū)地形引起的湖泊與河道間存在著較強(qiáng)的水力聯(lián)系。在豐水期,由于入湖水量增加,湖泊水位抬升,但受湖區(qū)地形限制,增加的湖水從湖泊出水口及時(shí)排出,維持著湖泊面積和水位的長期平衡。上述這些因素導(dǎo)致這兩個(gè)分區(qū)內(nèi)的湖泊總體上表現(xiàn)出較為穩(wěn)定態(tài)勢(shì),這與段水強(qiáng)等[24]在黃河源地區(qū)的研究結(jié)果較為一致。

在湖泊面積萎縮的B區(qū)和D區(qū),造成湖泊面積減少的因素主要為降水、冰川和人類活動(dòng)的變化。和田河與葉爾羌河發(fā)源于喀喇昆侖山北麓,該地區(qū)為典型的內(nèi)陸性干旱氣候,降水稀少,河流、湖泊主要靠冰川融水補(bǔ)給[25]。據(jù)第一、二次冰川編目數(shù)據(jù),喀喇昆侖山地區(qū)冰川處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)[26],Gardelle等[27]研究發(fā)現(xiàn)2000—2008年該地區(qū)冰川處于正物質(zhì)平衡狀態(tài),中國區(qū)域高分辨率氣象要素?cái)?shù)據(jù)集中的降水資料(ITPCAS)顯示[28],該地區(qū)2003—2009年降水呈現(xiàn)減少的趨勢(shì),降水更多的以固態(tài)形式儲(chǔ)存于山體,冰川融水的減少使受其補(bǔ)給的湖泊面積呈現(xiàn)萎縮態(tài)勢(shì)。王圣杰等[29]對(duì)天山地區(qū)14個(gè)氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)分析表明,該地區(qū)2000—2010年氣候呈現(xiàn)暖干化的趨勢(shì),張飛等[13]對(duì)艾比湖的研究顯示,1998—2013年艾比湖面積的減少主要是由于溫度升高、降水減少以及流域內(nèi)人口數(shù)量的增加、耕地面積不斷擴(kuò)張和牲畜大量增加所致。伊麗努爾·阿力甫江等[12]認(rèn)為,博斯騰湖與艾比湖在湖泊動(dòng)態(tài)變化以及驅(qū)動(dòng)因素方面都存在非常大的相似性,并且從2003年開始該地區(qū)湖泊變化的主要驅(qū)動(dòng)因素由自然向人為轉(zhuǎn)變。因此天山周圍盆地或低地內(nèi)的湖泊在2000—2014年時(shí)段內(nèi)并未因該地區(qū)氣溫升高而導(dǎo)致的冰川融水增加而呈現(xiàn)擴(kuò)張態(tài)勢(shì),相反由于降水減少以及人為活動(dòng)用水的增加呈現(xiàn)萎縮態(tài)勢(shì)。需注意的是,艾里克湖為白楊河及周圍地表徑流的尾閭,在20世紀(jì)80年代,由于白楊河上、中游烏爾禾平原的灌溉用水以及克拉瑪依城市用水的增長,修建的白楊河水庫、黃羊泉水庫對(duì)白楊河河水的大量截流,使入湖水劇烈減少,到2000年艾里克湖干涸,2001年以后克拉瑪依引水工程的建成,額爾齊斯河的水被引入白楊河,白楊河的水不斷補(bǔ)給艾里克湖,才使得該湖面積開始恢復(fù)并逐年擴(kuò)大[22]。

湖泊面積呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì)的C區(qū)地域跨度最大,地理環(huán)境和人類活動(dòng)復(fù)雜,因此引起湖泊面積變化的要素不盡相同,主要包括降水增加、冰川融水增加以及凍土水釋放。位于塔里木盆地的硝爾庫勒湖與康拉湖群面積擴(kuò)張主要由附近的冰川融水以及降水的增加所導(dǎo)致,已有研究成果表明1959—2007年塔里木盆地南北緣近年來降水和潛在蒸散發(fā)量分別呈增多與減少的趨勢(shì)[30],天山南脈[31]和昆侖山[32,26]的冰川退縮使該地區(qū)冰川融水增加,入湖徑流增加導(dǎo)致湖泊面積擴(kuò)大。姚曉軍等[9]在研究可可西里地區(qū)湖泊面積變化時(shí)指出,該地區(qū)降水增多、蒸發(fā)減少是導(dǎo)致湖泊面積擴(kuò)大的主要原因,而氣候變暖引起的冰川融水增加、凍土水分釋放是次要原因。位于昆侖山北麓的湖泊主要受昆侖山冰川融水的補(bǔ)給,西昆侖山地區(qū)近50年來氣溫呈現(xiàn)增加的趨勢(shì),并且東部增溫大于西部[32-33],氣溫的上升導(dǎo)致該地區(qū)冰川退縮[32],進(jìn)而引起受其補(bǔ)給的湖泊面積的擴(kuò)張。楊建平[34]與伊萬娟[35]研究表明,處于柴達(dá)木盆地東北部的青海湖流域,由于氣溫和降水的變化,其干旱指數(shù)在2000—2010年表現(xiàn)為增加的趨勢(shì),這說明該流域在此時(shí)段內(nèi)處于一個(gè)濕潤化的趨勢(shì),流域內(nèi)地溫在該時(shí)段也處于增加狀態(tài),地溫的增加使得多年凍土與季節(jié)性凍土水釋放,從而導(dǎo)致湖泊面積的擴(kuò)張。盧娜[36]及徐浩杰和楊大保[37]利用柴達(dá)木盆地及周邊氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析認(rèn)為,受年可利用降水量增加以及氣溫上升引起的盆地內(nèi)冰雪融水增多的影響,2001年以來,該區(qū)湖泊面積顯著擴(kuò)張。

4 結(jié)論

(1)2000—2014年我國西北地區(qū)面積≥10.0 km2湖泊整體上呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì),湖泊總面積從1.58×104km2增加到1.74×104km2,面積擴(kuò)張幅度達(dá)10.13%。青海和新疆是西北地區(qū)湖泊資源擁有量最多的兩個(gè)省(自治區(qū)),二者湖泊數(shù)量與面積分別占西北地區(qū)湖泊相應(yīng)總量的97.30%和99.49%。至2014年,青海湖(4355.50 km2)、阿牙克庫木湖(980.68 km2)和博斯騰湖(909.50 km2)為本區(qū)面積最大的3個(gè)湖泊,其中阿牙克庫木湖于2010年面積超過博斯騰湖成為新疆維吾爾自治區(qū)第一大湖泊。

(2)在研究時(shí)段內(nèi),我國西北地區(qū)湖泊面積在整體增加的同時(shí)也表現(xiàn)出明顯的空間差異。其中,蒙新湖區(qū)表現(xiàn)為劇烈波動(dòng),青藏高原湖區(qū)則整體呈現(xiàn)擴(kuò)張態(tài)勢(shì)。按照湖泊面積變化狀態(tài)可劃分為穩(wěn)定、擴(kuò)張、萎縮3種類型和5個(gè)區(qū)域,新疆北部(準(zhǔn)噶爾盆地以北至阿爾泰山)與青海南部為湖泊面積穩(wěn)定區(qū),塔里木盆地、昆侖山北麓、阿爾金山、柴達(dá)木盆地、可可西里地區(qū)、祁連山南麓至三江源北部大片區(qū)域?yàn)楹疵娣e擴(kuò)張區(qū),由準(zhǔn)噶爾盆地和吐魯番盆地組成的北疆中部地區(qū)和喀喇昆侖山北坡(喀拉喀什河流域至國道219)山區(qū)為湖泊萎縮區(qū)。

(3)我國西北地區(qū)幅員遼闊,自然人文環(huán)境差異顯著,導(dǎo)致不同區(qū)域湖泊變化的成因不盡相同?？傮w而言,降水增加、氣溫上升導(dǎo)致的冰川融水增加和凍土水分釋放是湖泊面積呈現(xiàn)擴(kuò)張趨勢(shì)地區(qū)的最主要原因；在湖泊面積穩(wěn)定區(qū),湖泊所處的地形條件以及湖泊與河流間強(qiáng)烈的水量交換起著關(guān)鍵作用；日益增強(qiáng)的人類活動(dòng)是湖泊萎縮區(qū)的主要影響要素,但在喀喇昆侖山北坡地區(qū),冰川物質(zhì)平衡狀態(tài)的變化也可能發(fā)揮著重要作用。

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