基于MODIS遥感影像的洞庭湖面积变化研究外文翻译资料

 2021-12-01 11:12

英语原文共 14 页


2.研究区域摘 要 作为青藏高原上拥有众多湖泊的地区之一，可可西里地区在脆弱的高原生态环境中发挥着极其重要的作用。根据20世纪70年代的地形图和20世纪90年代以及2000年至2011年期间的Landsat TM/ETM 遥感图像，通过数字化和目视解译，获得了83个面积均超过10平方公里的湖泊的数据，并分析了湖泊变化的原因。得出如下结论：（1）从20世纪70年代到2011年，可可西里地区的湖泊先缩小后扩大。在20世纪70年代至90年代期间，湖泊面积普遍缩小；从20世纪90年代到2000年，湖泊面积扩大并且面积略高于20世纪70年代。2000年后，湖泊面积急剧增加。（2）2000年至2011年，可可西里地区湖泊面积总体呈现扩张趋势。同时，也存在一些地区差异。大多数面积扩大的湖泊广泛分布在该地区的北部，中部和西部。由于快速扩张，一些湖泊合并在一起或溢出。面积减小的湖泊主要分布在该地区的中部和南部，它们的变化与自己的供应条件或与下游湖泊或河流的水力连接有关。（3）降水量的增加是导致可可西里地区湖泊扩张的主要因素。次要因素是由于气候变暖导致冰川和冻土的融水增加。

关键词 湖泊变化;时空特征;可可西里地区;青藏高原

1.引言

由于湖泊是陆地水圈的重要组成部分，其面积变化是流域水量平衡的综合结果，可以记录不同时间尺度湖区的气候变化和人类活动信息。因此，湖泊是揭示全球或区域气候变化的重要指标（Ding et al.，2006）。 青藏高原湖区是世界上海拔最高，湖泊数量最多的湖区，共有1055个湖泊，面积1.0平方公里以上，总面积41,831.7平方公里，分别占湖泊总面积的39.2％。 占中国湖泊总面积的51.4％（Ma et al.，2011）。 由于自然条件恶劣，地处偏僻，交通不便等因素，青藏高原上的大部分湖泊受人类活动的干扰较小。因此，青藏高原湖泊的变化主要反映了自然因素的影响。

在全球气候变暖的背景下，过去50年来，青藏高原的气候和环境发生了显著的变化。温度呈现出明显的上升趋势，近年来趋势更加明显（Song et al.，2012）。降水量的变化在空间上存在差异，但在青藏高原的大部分地区存在增加的趋势（Jiang et al.，2012）。冰川正在退缩和变薄，以便冰川融化的冬季降雪和降雨量增加（Yao等，2012）。与此同时，青藏高原上的湖泊也发生了重大变化（Li，2012）。Li等人利用RS（遥感）和GIS（地理信息系统）等地理信息技术研究了青藏高原湖泊的变化，发现整体呈现出扩张趋势。从20世纪70年代到2009年，青藏高原湖泊总面积增加了27.3％。此外，湖泊的变化具有显著的区域差异。羌塘高原的湖泊首先缩小然后扩大。四平湖及其周边湖泊不断扩大。在过去的30年里，冈底斯山北麓的湖泊处于相对稳定的状态（Shao等，2007; Li等，2011）。此外，青藏高原部分湖泊的变化也获得了学者和地方政府的关注，包括青藏高原中部的湖泊（Lei et al。，2013）。近年来，冰川湖泊及其变化已经在一些地区进行了研究，如喜马拉雅山脉（Wang et al。 al。，2010），Boshula 山（Wang et al。，2011），洛扎地区（Li et al。，2011）和Rawok湖地区（Xin et al。，2009）。这些研究不仅为人们提供了青藏高原湖泊变化知识，而且为该地区的水资源利用和防灾提供了参考。

可可西里地区是青藏高原上湖泊集中分布的地区之一。可可西里地区的这些湖泊是降水，融雪和泉水的聚集地，也是风化可溶性物质和盐水矿物的聚集地。这些湖泊提供给当地的野生动物稳定的水源和必需的无机营养素。因此，湖泊的对于保持青藏高原脆弱的生态环境极为重要（Hu，1994）。2011年9月，可可西里自然保护区腹地的Huiten Nor湖的湖水溢出导致了下游湖泊的快速扩张，包括Hoh Sai湖，Haiding湖和Yan湖（Yao等，2012）。随后，关于库赛河是否会成为长江的北部来源，以及扩大的水道将如何影响藏羚羊迁徙的问题，引发了争议。本文基于大量的地形图和遥感图像，利用RS和GIS技术获得了可可西里地区不同时期主要湖泊的面积。然后系统地分析了近40年来湖泊变化的特征和成因。

可可西里地区（33°30#39;-36°29#39;N和81°56#39;-94°06#39;E）位于青藏高原腹地（图1），面积约23.5times;104 kmsup2;，包括青海省格尔木的一部分以及西藏自治区志多，邦戈格，尼玛和格泽的部分地区。可可西里地区的地理位置由可可西里山和周围的高地和湖泊盆地组成。其北部和南部边缘分别属于昆仑山和乌兰乌拉山。可可西里地区整个海拔高度相对较低,其中部地区平坦，东部低，西部高。平均海拔高度超过4600米，因此现代冰川在海拔5500-6000米的高度（Shi，2005）。该地区气候特点是气温低，降水少，从东南向西北逐渐减少。自然景观为高山草甸，高山草原到高山沙漠（Hu，1992）。虽然物种较少，但占青藏高原的当地特殊物种比例很大（George et al.，2007）。

图一 可可西里地理位置

在大型流域看来，可可西里地区位于羌塘内陆湖区与长江流域北部源区的交汇带。 根据统计数据（Hu，1992），可可西里地区有107个面积超过1.0平方公里的湖泊位于青海。 除淡水和盐湖较少外，这些湖泊的主要类型是泻湖咸水湖（Hu，1992; Wang和Dou，1998）。 湖泊的特点是季节性变化明显，5月至9月水位较高，10月至第二年4月较低。 乌兰乌拉湖面积约544.5平方公里，是可可西里地区最大的湖泊（Hu，1992）。

3. 数据和方法

3.1数据来源

为了获得可可西里地区湖泊变化的数据，收集了167个1：100,000比例的地形图和224个Landsat TM / ETM 遥感图像，空间分辨率为30米。地形图由人民解放军总参谋部制图局提供，遥感图像可从USGS网站

（http://earthexplorer.usgs.gov）免费下载。由于大量的湖泊，我们只研究了面积超过10平方公里的湖泊，占湖泊总面积的93.87％，可以认为能够反映可可西里地区的湖泊情况。最后，选择了83个湖泊，其详细信息列于表1.实际上，选定的83个湖泊分布在上述59个地形图中。分别在1970年，1971年，1973年和1974年拍摄了5个地形图。另外9幅地形图是在1960年拍摄的。因此这些地形图可以反映出20世纪70年代早期83个湖泊的状况。

表1 可可西里地区面积超过10平方公里的湖泊

Landsat TM / ETM 遥感图像的采集时间是在20世纪90年代初（1989-1991）和2000年至2011年期间（表2）。 由于内陆湖泊具有显着的季节变化，湖水位通常在9月至11月期间达到最大值（Hu，1992; Li等，2011; Lei等，2013），其中的遥感图像期间尽可能收集。由于某些原因，如云层覆盖，积雪，数据质量差或图像不足，部分湖泊被掩盖或难以通过目视检查提取。因此，在同一个月内无法获取所有图像。据统计，这些图像是在10月至12月期间集中获得的，包括11月的81幅图像，10月份的68张图像和12月份的63幅图像。 此外，1月份获得6幅图像，9月份获得4幅图像，8月份获得1张图像，3月份获得1张图像。

表2 本研究中使用的Landsat TM / ETM 遥感图像

此外，为了掌握可可西里地区近40年的气候变化，利用中国气象数据共享服务系统（http：// cdc.cma.gov.cn）五道梁，格泽和狮泉河三个气象站的观测资料。可可西里地区20世纪70年代和21世纪的冰川数据由科技部资助的中国冰川资源与变化调查项目组提供。

3.2方法

首先，采用宽范围扫描仪扫描167幅地形图，并将分辨率为300 dpi的相应数字光栅图像存储在存储设备中。然后，使用ArcGIS 9.3软件完成了一系列过程，包括数字地形图的注册，目视检查和数字化。 地形图中公里网格的交叉点用作控制点。所有图像的投影被定义为高斯克吕格投影。精度是数字化过程中的一个像素。最后，将湖泊的所有矢量数据转换为等面积圆锥投影，以准确计算湖泊面积。

使用ENVI 4.7软件，所有Landsat TM / ETM 遥感图像都通过地理参考整理到相应的地形图。图像校正的平均误差控制在半个像素内，并且最大误差在一个像素中受到限制。尽管采用了许多自动提取湖泊边界的遥感图像，包括归一化差异水指数（NDWI），带比指数和“全局-局部”逐步迭代法，但质量上乘需要遥感图像（McFeeters，1996; Luo等，2009）。由于2003年5月31日之后“SLC-off”模型中图像的采集周期受限以及Landsat ETM 图像中的条纹不良，应采用人工视觉解释方法。在ArcGIS 9.3软件中，首先进行了遥感图像的假色组合，以区分湖泊与其他湖泊。然后采用人工数字化方法，根据科技部资助的中国湖泊水质，水量和生物资源调查项目组制定的规则，获得湖泊边界的矢量数据（Ma et al.，2011）,精度也是数字化过程中的一个像素。

由于无法获得可可西里地区降水和蒸发的数据，因此利用五道梁，格泽和狮泉河气象站的观测结果计算了作为湖泊蒸发参考的潜在蒸散量（Wang et al.，2012）。

4.结果与讨论

4.1可可西里地区湖泊变化的总趋势

湖泊边界数字化结果表明，可可西里地区83个湖泊的总面积在20世纪70年代初为5873.91kmsup2;，20世纪90年代初为5263.71 kmsup2;，2000年为5952.38 kmsup2;，2011年为7446.94 kmsup2;。如图2所示,湖泊总面积先减少后增加。并且趋势与Li等人获得的结果基本一致（2011年）。从20世纪70年代初到90年代初，湖泊总面积显著减少了610.20 kmsup2;（10.39％）。相反，2000年的总面积增加到了这个数值，略高于20世纪70年代。2000年以后，湖泊总面积增加了1494.56kmsup2;（25.11％），呈快速上升趋势。特别是在2001年至2002年和2009年至2011年期间，湖区的增长率明显高于其他时期。

图2 1970-2011年可可西里地区湖泊面积的变化

在20世纪70年代，可可西里地区只有一个面积超过500kmsup2;的湖泊，例如乌兰乌拉湖，面积552.30 kmsup2;。共有五个湖泊，面积介于250至500 kmsup2;之间，包括Dogai Coring湖（369.38 kmsup2;），Xijir Ulan湖（351.83 kmsup2;），可可西里湖（305.81 kmsup2;），Hohsai湖（265.03 kmsup2;）和Huiten Nor湖（ 260.00 kmsup2;）。六个湖泊的面积达到了可可西里地区湖泊总面积的三分之一。此外，还有8个湖泊，面积介于100-250 kmsup2;之间，还有20个湖泊，面积介于50-100 kmsup2;之间。其他49个面积介于10-50 kmsup2;之间的湖泊仅占该地区湖泊总面积的19.60％。从20世纪70年代初到2011年，面积最大的湖泊包括Dogai Coring Qangco Lake（增加146.63 kmsup2;），Dogai Coring Lake（增加106.62 kmsup2;）和Rola Co Lake（增加106.29 kmsup2;）。然而，Huiten Nor Lake和Yake Co Lake的面积分别显着减少89.57 kmsup2;和14.42 kmsup2;。

图3显示了可可西里地区过去40年不同面积等级湖泊的面积数量变化。从20世纪70年代初到90年代初，湖区面积呈明显下降趋势，除了面积在100kmsup2;和250kmsup2;之间的8个湖泊略有增加。然而， Dorge Co Lake的七个湖泊面积下降，其中增加面积（38.46kmsup2;）仅略高于其他七个湖泊的减少面积（21.90kmsup2;）。至于湖泊数量，仅有两个地区（50-100kmsup2;和10-50kmsup2;）的数量发生了变化，因为马盖卡卡湖和雪井湖的面积分别大幅减少了57.53kmsup2;和7.19kmsup2;。因此，在这个阶段，可可西里地区的每个等级的总面积和面积都呈下降趋势。从20世纪90年代初到2000年，除了面积超过500kmsup2;（乌兰乌拉湖）的湖面积略有下降外，其他地区湖泊面积呈增加

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