刘佳丽，周天财，于 欢，孙 建

（1.成都理工大学地球科学学院，成都 610059；2.中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，成都 610059；3.中国科学院大学，北京 101407；4.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101）

1 研究背景

湖泊是陆地水圈重要组成部分，是水循环重要因子，也是生态环境关键要素［1］。素有地球“第三极”之称的青藏高原拥有地球上海拔最高、数量最多的高原湖泊［2］，湖泊成因类型多种多样，对其动态变化的监测能为区域生态环境变化、水循环系统、青藏高原冰冻圈变化等研究提供重要的科学依据［3］，对社会和国民经济发展具有深远影响。

西藏作为青藏高原的主体部分，因受到人为干扰较小，敏感于气候因子变化，探究其湖泊对气候变化的响应尤为重要。但由于其地形复杂、气候条件恶劣、海拔高的特点，特别是藏北无人区，采用常规观测手段难以获得实地测量数据，广大无资料地区缺乏对湖泊水位的长时间序列观测数据，而遥感技术以其宏观性、动态性和经济性的优势逐渐成为准确提取湖泊信息的必要手段。

邵兆刚等［4］对青藏高原近25 a以来14个大型湖泊变迁进行遥感监测，得出典型湖泊的变迁规律。闫立娟等［5］研究了自20世纪70年代到2000年青藏高原湖泊湖面动态变化特征，总结了湖泊扩张与萎缩的空间分布特征。这些研究主要集中于揭示湖泊的时空分布，促进了对青藏高原湖泊变迁的认识，但缺乏对气象要素如何影响湖泊动态变化的研究［6］。张继承等［7］通过近 30 a西藏湖泊时空分布差异性研究得出湖泊处于全面扩张趋势，且其变化受到温度升高的驱动。通过1976—2009年青藏高原内陆湖泊对气候因素、流域水源补给等方面的响应的探讨，得出降雨量和气温是影响湖泊面积变化的主要原因，湖泊的区域差异性与流域水源补给方式有关［8］。这些研究对湖泊面积变化的因素进行了探究，但不同时期、不同地区的湖泊变化特征及影响因素存在较大空间差异［9］，人为活动对湖泊有重要影响。因此，进一步研究西藏湖泊多时期变化特征及其驱动力分析十分重要。

本文基于1990—2015年的7个时期遥感影像提取西藏湖泊水域边界信息，分析近25 a西藏湖泊的时空分布与变化特征，及湖泊变迁对人为因素（工业总产值、耕地面积、畜牧量、总人口）和气候因素（年平均温度、年平均降雨量、年蒸散发）的响应，探讨影响湖泊变化的主要因素。

2 数据与方法

2.1 研究区概况

西藏作为青藏高原主体地区（图 1），介于26°50′N—36°53′N，78°25′E—99°06′E，平均海拔为4 000～5 000 m，总面积达120.223万 km2，深居欧亚大陆腹地，具有显著的高原气候特征：辐射强烈，日照多，全区终年气温偏低，降雨少，地域差异大。

图1 西藏流域和气象站点分布Fig.1 Meteorological stations in the Tibet watershed

2.2 数据来源及处理

本文数据包括遥感影像数据、气候数据、人为干扰数据。遥感影像来源于地理空间数据云（http：∥www.gscloud.cn／），美国地质调查局 （www.usgs.gov／），包括 1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2013年、2015年研究区的 TM（Landsat5），ETM＋（Landsat7），OLI（Landsat8）遥感影像，大部分遥感影像时间为6—9月份。遥感影像不同波段间的运算可以提取具有明显特征的地物类型，Mcfeeters［10］提出归一化水体指数（NDWI）则利用水体在绿光波段强反射、近红外波段强吸收的特点提取水体，具有较大程度抑制植被信息、突出水体特征的优点［11］。因此本文利用软件ArcGIS 10.2对TM＆ETM＋影像、OLI影像分别采用式（1）和式（2）自动提取湖泊面积，计算公式分别为：

在式（1）中，对于TM影像而言，Band2为绿波段的反射率，Band5为近红外波段的反射率。在式（2）中，对于 ETM＋影像而言，Band3为绿波段的反射率，Band6为近红外波段的反射率。保留提取面积＞1 km2的湖泊，并参照Google Earth影像判断解译是否合理，并对有错误的解译斑块手动修改，得到研究区的湖泊数据库。

气象数据来自中国气象科学数据共享服务网，涵盖研究区及其附近的47个气象站点（图1），数据内容包括1990—2013年西藏各个气象站逐月的气温资料、降雨资料和蒸散发资料，并将资料整理成逐年的气温资料、降雨资料、蒸散发资料。利用软件ArcGIS10.2对整理的气象数据采用反距离权重内插法（IDW）得到1990—2013年气象栅格数据。

人为干扰数据来源于国家统计局（http：∥www.stats.gov.cn／），数据内容包括1990—2014年研究区工业总产值、耕地面积、畜牧量（牛和羊）和总人口。

3 结果与分析

3.1 湖泊时空分布及变化特征

空间上，基于自动提取与空间分析得到研究区1990—2015年湖泊空间变化图（图2）。

图2 研究区1990—2015年湖泊空间变化Fig.2 Spatial variation of lakes in Tibet from 1990 to 2015

2015年相较于1990年大部分湖泊出现了不同程度的扩张，集中分布于西藏中部和北部地区，湖泊数量及面积均有明显增加。其中，湖泊面积增加大于100 km2的有9个，大部分湖泊增长面积为0～50 km2，广泛分布在那曲地区、阿里地区与西藏中部。而西藏南部的羊卓雍错到喜马拉雅山脉的拉昂错，延伸至冈底斯山脉的昂拉仁错等少数湖泊呈萎缩趋势。

时间上，为了定量研究西藏1990—2015年湖泊数量及面积变化，得到表1。1990—2015年新增湖泊261个，湖泊总面积从24 161.1 km2增加到了30 549.2 km2。其中面积为1～10 km2的湖泊数量变化最大，变化率高达55.5%，湖泊面积增长率为52.7%；面积为10～50 km2的湖泊数量由127个增加到了176个，湖泊变化总面积为887.8 km2；湖泊面积为50～500 km2的湖泊增长总面积最多，增长率为33.8%，且其对1990—2015年研究区湖泊总面积增长做出的贡献率最大；虽然面积大于500 km2的湖泊数量保持不变，但增长面积为831.2 km2，占湖泊总增长面积的13.0%。因此，近25 a来无论是湖泊面积还是湖泊个数都出现了明显的扩张。

3.2 人为因素变化特征

近25 a来，工业、农业、畜牧业、人口等人为因素对湖泊变化的影响越来越大。图3为1990—2014年研究区人为因素变化图。

图3 1990—2014年人为因素变化Fig.3 Changes in human activities in Tibet from 1990 to 2014

表1 1990—2015年研究区湖泊数量及面积变化Table1 Changes in the number and total surface area of lakes in Tibet from 1990 to 2015

3.3 气候因素时空变化特征

研究区1990—2013年气候因素的空间分布见图4。

图4 研究区1990—2013年年平均温度（AT）、年平均降雨量（AP）、年蒸散发（ET）空间分布Fig.4 Spatial distribution and changes of average temperature，average precipitation，and average evapotranspiration in Tibet from 1990 to 2013

由图3可以知道，近25 a工业总产值持续不断增加，从5.49亿元增长到了336.84亿元，且在2005年之后增加速度明显加快。耕地面积整体呈持续波动上升，由21.4万hm2增长到了25.1万hm2，增长平稳但不明显。畜牧量呈反复变化，1990—1992年畜牧量明显增加，1993—2000年畜牧量整体波动减少，2000—2004年畜牧量达到最大值，随后畜牧量急剧减少，2014年畜牧量比1990年畜牧量减少1.1万头。人口数量呈先降后升趋势，2000年以前呈直线下降，2000年后呈直线上升状态，2000年是人口数量转折点，其人口增长速率尤为明显。

由图4可知，西藏中部地区年平均温度较低，西藏北部与东南部年平均温度较高，最高年平均温度分布在藏南地区和阿里北部地区。西藏地区的年平均降雨量呈现出从南到北、从东到西逐渐降低的特点，最高年平均降雨量为708.26 mm，集中于低海拔的林芝地区，而最低年平均降雨量大面积分布于阿里西北部地区，仅50.92 mm。年蒸散发量空间分布不均匀，整体呈现由西向东减少的特点，年蒸散发量在西藏中部与西北部较高，南部以及东部边缘较低，最高年蒸散发量分布在阿里北部，为24 296.9 mm，最低年蒸散发量为16 217.4 mm，集中在那曲东部地区。

图5为研究区1990—2013年气候因素随时间变化曲线。由图5可知，西藏地区1990—2013年年平均气温呈明显升高趋势，年平均气温由1990—2000年的4.07℃升高至2001—2013年的4.76℃。年平均降雨量呈小幅增加趋势，但增长并不明显，均值为363.80 mm。年蒸散发呈反复波动变化，1990—1995年和2006—2013年年蒸散发均值明显大于1996—2005年的年蒸散发均值。

图5 研究区1990—2013年AT，AP，ET随时间变化曲线Fig.5 Temporal changes of average temperature，average precipitation and evapotranspiration in Tibet from 1990 to 2013

4 讨 论

时间上，研究区湖泊面积与数量均明显增加，不同时期湖泊变化特征存在较大差异。1990—1995年，年平均温度和年蒸散发持续升高，年平均降雨量明显减少，是湖泊萎缩的主要原因，湖泊个数、面积分别由 1990年的 868个、38 823.2 km2减少到了1995年的 860个、37 797.7 km2；1996—2006年，年平均温度保持平稳增加，但同时期年平均降雨量增加，年蒸散发减少占据了主导因素，湖泊增速最为显著，湖泊数量从860个增加到了1 182个，总面积由37 797.7 km2增加到了45 787.8 km2，增长率分别为37.4%和21.1%；2007—2013年，虽然年平均温度和年平均降雨量增速均放缓，年平均降雨量却依然高于多年平均值，因此湖泊保持扩张趋势，但同时期年蒸散发明显增加，是湖泊增速放缓的主要原因。因此，从水量平衡的角度来说，湖泊面积波动主要受出水量及入水量变化的影响，出水量主要受蒸发的影响，而入水量主要受降雨、径流补给的影响，此外，冰川融水也是湖泊的一个补给来源［12］。降雨量变大使得湖泊补给来源增加，其对湖泊的影响为正效应。而气温升高一方面会导致冰川融雪增加，增大径流量，另一方面，气温升高将导致蒸发加剧、同时改变土壤水分及下渗强度［12］。当蒸散发的影响小于冰雪融水的补给时，气温的影响为正效应。

空间上，西藏北部地区和中部地区大部分湖泊呈不同程度的扩张状态，而西藏南部地区少部分湖泊呈萎缩状态［13］，气温、降雨量、蒸散发对不同补给来源的湖泊贡献率不同，湖泊的区域差异性与流域水源补给方式有关。西藏中部地区年平均温度相对较低，蒸散发相对较小，降雨量较大是湖泊大面积扩张的重要原因［14］，同时来自昆仑山脉、唐古拉山脉的冰川融水不可忽视［15］。西藏北部地区温度偏高，降雨量少，蒸散发大，但大部分湖泊面积依然增加，对于高海拔湖泊，温度升高加速冰川融雪、冻土退化，是其主要的补给来源，因此昆仑山脉和阿尔金山脉的冰川，冻土融化有可能是藏北地区湖泊扩张的主要原因［16］。喜马拉雅山脉年平均温度较高，降雨量较小，蒸散发较大，即蒸发量大于降雨量，导致该地区湖泊萎缩［17］。因此，对于以冰雪融水为主要补给来源的湖泊，气温变化是影响湖泊面积的主要因素，而对于以降雨为补给来源的湖泊，蒸发量大于降雨量对湖泊面积的贡献是其萎缩的主要因素。

此外，研究区耕地面积、工业总产值、总人口的增加意味着用水量的增加，生产生活用水大量拦截入湖径流，导致湖泊面积不断减少。但1990—2015年湖泊呈扩张趋势，说明人类生产生活虽然对湖泊有一定影响，但西藏地区的湖泊主要受到气候因素的影响［18］。

5 结 论

湖泊变化是自然环境变化综合作用的结果，面积的增减变化会通过改变下垫面条件进而改变气候，也会影响对流域水资源的利用情况，对合理开发、利用、保护水资源，维护区域生态平衡具有重要意义。文中通过遥感技术分析了近25 a来西藏湖泊的时空变化情况及其驱动力影响，得到以下结论：

（1）近25 a，研究区新增湖泊261个，湖泊总面积从24 161.1 km2增加到了30 549.2 km2。不同时期湖泊面积变化存在差异：1990—1995年温度，蒸散发持续升高，降雨量减少，湖泊整体萎缩；降雨量增加，蒸散发减少，1996—2006年湖泊数量、面积从860个、37 797.7 km2分别增加到了 1 182个、45 787.8 km2，增长率分别为37.4%和21.1%；2007—2013年降雨量保持稳定，蒸散发明显增加，湖泊扩张速度减缓。

（2）不同地区湖泊变化存在较大的空间差异。西藏中部地区年平均温度相对较低、降雨量较大是湖泊扩张的重要原因；北部地区虽然温度偏高、降雨量少、蒸散发大，但昆仑山脉和阿尔金山脉的冰川融化、冻土融化等可能是湖泊扩张的因素；喜马拉雅山脉年平均温度较高、蒸发量大于降雨量，湖泊萎缩。

（3）西藏地区人类生产生活对湖泊环境干扰越来越严重，取用水增加，但由于西藏人口密度小，人为因素对湖泊面积产生的负效应远远小于气候因素的贡献率，气候因素对当地湖泊面积的变迁仍占主导作用。本文局限于更为详细的冰川和冻土面积、厚度等数据，因此湖泊扩张因素还有待进一步的研究。

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