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青藏高原湿地遥感监测与变化分析

郎芹 牛振国 洪孝琪 杨鑫莹

郎芹, 牛振国, 洪孝琪, 杨鑫莹. 青藏高原湿地遥感监测与变化分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2021, 46(2): 230-237. doi: 10.13203/j.whugis20180277
引用本文: 郎芹, 牛振国, 洪孝琪, 杨鑫莹. 青藏高原湿地遥感监测与变化分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2021, 46(2): 230-237. doi: 10.13203/j.whugis20180277
LANG Qin, NIU Zhenguo, HONG Xiaoqi, YANG Xinying. Remote Sensing Monitoring and Change Analysis of Wetlands in the Tibetan Plateau[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2021, 46(2): 230-237. doi: 10.13203/j.whugis20180277
Citation: LANG Qin, NIU Zhenguo, HONG Xiaoqi, YANG Xinying. Remote Sensing Monitoring and Change Analysis of Wetlands in the Tibetan Plateau[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2021, 46(2): 230-237. doi: 10.13203/j.whugis20180277

青藏高原湿地遥感监测与变化分析

doi: 10.13203/j.whugis20180277
基金项目: 

中国科学院战略性先导科技专项(A类) XDA19030203

国家自然科学基金 41231427

详细信息
    作者简介:

    郎芹, 硕士生, 主要从事遥感技术与陆表监测研究。langqin_joy@163.com

    通讯作者: 牛振国, 博士, 研究员。niuzg@radi.ac.cn
  • 中图分类号: P237

Remote Sensing Monitoring and Change Analysis of Wetlands in the Tibetan Plateau

Funds: 

Chinese Academy of Sciences Strategic Guidance Technology Special Category A XDA19030203

the National Natural Science Foundation of China 41231427

More Information
    Author Bio:

    LANG Qin, postgraduate, specializes in remote sensing technology and surface monitoring. E-mail:langqin_joy@163.com

    Corresponding author: NIU Zhenguo, PhD, professor. E-mail:niuzg@radi.ac.cn
  • 摘要: 青藏高原是中国湿地分布较为集中的地区之一, 也是全球变化的敏感区。了解青藏高原湿地分布与变化对湿地保护和全球变化研究具有重要意义。基于Landsat 8 OLI (operation land imager)数据, 使用面向对象分类方法和人工解译相结合的方式得到2016年青藏高原湿地分布数据, 结合2008年湿地分类数据以及高程、流域界线等辅助数据, 分析了青藏高原的湿地分布现状和2008—2016年的湿地变化情况。结果表明:①2016年青藏高原研究区湿地总面积为115 584 km2。其中, 湖泊湿地面积为48 737 km2, 沼泽湿地面积为34 698 km2, 河流湿地面积为15 927 km2, 洪泛湿地面积为15 035 km2, 人工湿地面积为1 188 km2。②2008—2016年, 青藏高原湿地总面积增加3 867 km2, 主要表现为湖泊、河流和洪泛湿地的增加, 但同时沼泽湿地减少5 799 km2。③青藏高原的湿地分布与变化表现出显著的区域差异性。自然湿地的分布及面积变化集中在4~5 km高程范围内, 而人工湿地的变化则集中在2~4 km高程范围内; 湖泊和洪泛湿地的增加集中在内流区, 河流的增加及沼泽的减少集中在外流区。④青藏高原的气温和降水均呈上升趋势, 与湿地总体变化呈正相关; 各流域冰川面积的变化与湿地变化也具有相关性; 人为因素对青藏高原的湿地变化以消极作用为主。该研究为青藏高原环境变化研究与湿地保护提供了有益支持。
  • 图  1  青藏高原流域分布图

    Figure  1.  Distribution Map of Tibetan Plateau Basins

    图  2  2016年青藏高原各流域湿地类型组成

    Figure  2.  Composition of Wetland Types of the Tibetan Plateau Basins in 2016

    图  3  青藏高原湿地面积统计

    Figure  3.  Statistics of Wetlands' Areas in the Tibetan Plateau

    图  4  基于流域的湿地面积统计和主要湿地类型统计

    Figure  4.  Statistics of Wetlands' Areas and Main Wetland Types Based on Basins

    图  5  2008—2016年青藏高原不同湿地的变化

    Figure  5.  Changes of Different Wetlands in the Tibetan Plateau in 2008—2016

    图  6  不同高程段的湿地面积及变化面积

    Figure  6.  Wetland Areas and Change Areas of Different Elevation Sections

    表  1  2016年青藏高原湿地分类精度评价

    Table  1.   Accuracy Evaluation of Classification Result for the Wetlands in the Tibetan Plateau of 2016

    类别 样本数 总计 用户精度/%
    非湿地 沼泽湿地 湖泊 河流 洪泛湿地 人工湿地
    非湿地 4 433 342 313 413 303 2 5 806 76.4
    沼泽湿地 107 1 486 42 30 43 0 1 708 87.0
    湖泊 49 8 2 935 10 3 0 3 005 97.7
    河流 46 16 7 2 264 34 3 2 370 95.5
    洪泛湿地 72 25 25 38 1 080 0 1 240 87.1
    人工湿地 0 0 0 0 0 181 181 100.0
    总计 4 707 1 877 3 322 2 755 1 463 186 14 310
    制图精度/% 94.2 79.2 88.4 82.2 73.8 97.3
    Kappa系数 0.77
    总体精度 0.82
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    表  2  青藏高原大型湖泊(面积大于500 km2)的变化统计

    Table  2.   Variation Statistics of Large Lakes (with an Area Greater than 500 km2) in the Tibetan Plateau

    湖泊名称 湖泊类型 省级自治区 主要补给方式 2008年面积/
    km2
    2016年面积/
    km2
    变化面积/
    km2
    青海湖 微咸水湖 青海 地表径流、湖面降水 4 227 4 516 289
    色林错 微咸水湖 西藏 地表径流 2 274 2 380 106
    纳木错 微咸水湖 西藏 地表径流、湖面降水 2 014 2 035 21
    扎日南木错 微咸水湖 西藏 地表径流、湖面降水 1 006 1 000 -6
    阿牙克库木湖 盐湖 新疆 冰雪融水径流 810 996 186
    当惹雍错 微咸水湖 西藏 地表径流 831 844 13
    鄂陵湖 微咸水湖 青海 地表径流、湖面降水 659 661 2
    乌兰乌拉湖 微咸水湖 青海 地表径流、湖面降水 594 657 63
    哈拉湖 咸水湖 青海 地表径流、冰雪融水径流 609 622 13
    扎陵湖 淡水湖 青海 地表径流、湖面降水 531 564 33
    西金乌兰湖 盐湖 青海 地表径流 485 564 79
    阿其克库勒湖 盐湖 新疆 地表径流 469 548 79
    羊卓雍错 微咸水湖 西藏 地表径流 561 542 -19
    注:数据来源于文献[8]
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    表  3  湖泊面积及数量分级统计

    Table  3.   Classification Statistics of Lakes' Areas and Numbers

    面积范围
    /km2
    2008年 2016年
    总面积
    /km2
    数量 总面积
    /km2
    数量
    < 1 1 919 19 941 2 197 26 993
    1~10 2 798 932 2 700 869
    10~100 10 495 314 10 405 299
    100~500 16 490 78 16 453 78
    500~1 000 5 565 8 6 998 10
    > 1 000 9 521 4 10 001 4
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    表  4  基于流域的湿地变化面积统计

    Table  4.   Statistics of Wetland Change Areas Based on Basins

    流域特征 变化特征 湿地变化面积/km2
    河流 洪泛湿地 湖泊 人工湿地 沼泽湿地
    内流区 增加 844 4 807 2 213 619 976
    减少 502 484 568 1 1 659
    净变化 342 4 323 1 645 618 -683
    外流区 增加 2 957 700 506 0 775
    减少 59 1 231 16 118 5 891
    净变化 2 898 -531 490 -118 -5 116
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-10
  • 刊出日期:  2021-02-05

青藏高原湿地遥感监测与变化分析

doi: 10.13203/j.whugis20180277
    基金项目:

    中国科学院战略性先导科技专项(A类) XDA19030203

    国家自然科学基金 41231427

    作者简介:

    郎芹, 硕士生, 主要从事遥感技术与陆表监测研究。langqin_joy@163.com

    通讯作者: 牛振国, 博士, 研究员。niuzg@radi.ac.cn
  • 中图分类号: P237

摘要: 青藏高原是中国湿地分布较为集中的地区之一, 也是全球变化的敏感区。了解青藏高原湿地分布与变化对湿地保护和全球变化研究具有重要意义。基于Landsat 8 OLI (operation land imager)数据, 使用面向对象分类方法和人工解译相结合的方式得到2016年青藏高原湿地分布数据, 结合2008年湿地分类数据以及高程、流域界线等辅助数据, 分析了青藏高原的湿地分布现状和2008—2016年的湿地变化情况。结果表明:①2016年青藏高原研究区湿地总面积为115 584 km2。其中, 湖泊湿地面积为48 737 km2, 沼泽湿地面积为34 698 km2, 河流湿地面积为15 927 km2, 洪泛湿地面积为15 035 km2, 人工湿地面积为1 188 km2。②2008—2016年, 青藏高原湿地总面积增加3 867 km2, 主要表现为湖泊、河流和洪泛湿地的增加, 但同时沼泽湿地减少5 799 km2。③青藏高原的湿地分布与变化表现出显著的区域差异性。自然湿地的分布及面积变化集中在4~5 km高程范围内, 而人工湿地的变化则集中在2~4 km高程范围内; 湖泊和洪泛湿地的增加集中在内流区, 河流的增加及沼泽的减少集中在外流区。④青藏高原的气温和降水均呈上升趋势, 与湿地总体变化呈正相关; 各流域冰川面积的变化与湿地变化也具有相关性; 人为因素对青藏高原的湿地变化以消极作用为主。该研究为青藏高原环境变化研究与湿地保护提供了有益支持。

English Abstract

郎芹, 牛振国, 洪孝琪, 杨鑫莹. 青藏高原湿地遥感监测与变化分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2021, 46(2): 230-237. doi: 10.13203/j.whugis20180277
引用本文: 郎芹, 牛振国, 洪孝琪, 杨鑫莹. 青藏高原湿地遥感监测与变化分析[J]. 武汉大学学报 ● 信息科学版, 2021, 46(2): 230-237. doi: 10.13203/j.whugis20180277
LANG Qin, NIU Zhenguo, HONG Xiaoqi, YANG Xinying. Remote Sensing Monitoring and Change Analysis of Wetlands in the Tibetan Plateau[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2021, 46(2): 230-237. doi: 10.13203/j.whugis20180277
Citation: LANG Qin, NIU Zhenguo, HONG Xiaoqi, YANG Xinying. Remote Sensing Monitoring and Change Analysis of Wetlands in the Tibetan Plateau[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2021, 46(2): 230-237. doi: 10.13203/j.whugis20180277
  • 湿地是自然界中最富生物多样性的生态系统, 在维持平衡、保持生物多样性和涵养水源、蓄洪防旱、调节气候、补充地下水等方面均起到重要作用。青藏高原是中国湿地分布最为集中的地区之一, 其湿地生态系统较少受到人类活动的干扰, 对全球气候变化的反应敏感, 在全球气候变化研究中被视为先兆区或预警区[1]

    已有部分学者针对青藏高原或其局部区域如若尔盖高原、拉萨河流域等部分湿地类型进行过研究。如Yao等[2]利用Landsat TM影像分析了1990—2009年若尔盖高原地区泥炭沼泽面积的变化, 认为沼泽泥炭地面积变化与气候趋势呈正相关关系, 但相关性不显著, 而人类活动可能是影响泥炭地面积变化更重要的因素。王春连等[3]以2006年中巴遥感影像为数据源, 提取拉萨河流域湿地类型矢量数据, 结果表明, 高寒草甸湿地景观是流域湿地基质景观, 占湿地总面积的77.7%。Niu等[4]基于美国陆地卫星(Landsat MSS/TM/ETM+)和中巴资源卫星(CBERS-02B)影像数据, 对中国2008年的湿地分布及1978-2008年的湿地变化进行了初步分析, 得出青藏高原湿地是中国自然湿地分布的主要区域之一; 气候变化是导致青藏高原湿地变化的主要驱动力; 青藏高原湿地总面积的增加与中国其他区域湿地减少现象形成显著差异。

    由于青藏高原湿地分布集中, 类型多样, 传统基于像元的分类方法难以充分利用湿地的光谱及空间结构特征, 容易出现"椒盐"现象, 从而降低了湿地的自动分类精度, 增大了人工解译的工作量; 相比之下, 面向对象的分类方法则能较好地弥补基于像元分类的不足。冯文卿等[5]利用SPOT5多光谱影像, 基于eCognition软件进行多尺度分割、对象特征优选, 提出了利用模糊综合评判进行面向对象的遥感影像变化检测方法。也有部分学者将面向对象的方法用于湿地信息的提取, 充分利用分类对象的光谱和空间特征, 从而提高了分类精度。如路春燕等[6]以ENVISAT ASAR、Landsat TM与高程数据为数据源, 利用面向对象与决策树分类相结合的遥感影像分类方法提取了小兴安岭西部不同泥炭沼泽类型的空间分布信息。

    为从整体上理解最新的青藏高原湿地对全球变化的响应, 本文基于2016年Landsat 8 OLI(operation land imager)遥感数据, 采用面向对象分类方法并结合人机交互解译, 得到了最新的青藏高原湿地分布数据。在此基础上分析了青藏高原湿地分布的空间特征, 并对2008年以来青藏高原湿地的变化情况进行了研究。

    • 青藏高原西起帕米尔高原, 东接秦岭, 南自东喜马拉雅山脉南麓, 北迄祁连山西段北麓, 总面积约261.5万km2, 约占中国陆地面积的1/4。青藏高原平均海拔4 km以上, 为东亚、东南亚和南亚许多大河的发源地; 高原上湖泊众多, 有纳木错、青海湖等。青藏高原被称作北半球气候变化的"启张器"和"调节器"。该区的地表变化不仅直接影响了中国东部和西南部气候的变化, 而且对北半球具有巨大影响, 甚至对全球的气候变化也具有明显的敏感性、超前性和调节性。本文研究区为中国境内的青藏高原(见图 1), 纬度范围为26°17′23″N~41°41′18″N, 经度范围为73°56′10″E~104°50′50″E。

      图  1  青藏高原流域分布图

      Figure 1.  Distribution Map of Tibetan Plateau Basins

    • Landsat 8 OLI遥感影像数据来自地理空间数据云网站。选取除热红外和全色波段以外的其他波段, 空间分辨率为30 m。根据OLI数据的可获得性和云量, 同时为满足洪泛湿地、河流等湿地类型动态性监测和分类的需要, 分别选取丰水期(7月—10月)与枯水期(12月—次年3月)影像。总共选取了以2016年为基准年的遥感影像数据282景。

      研究区2016年的湿地分类数据主要基于2016年Landsat 8 OLI影像数据, 经过数据预处理后, 使用eCognition软件进行面向对象分类得到。2008年的湿地分类数据源于Niu等[4]的中国湿地分类数据。两期湿地分类数据构建的分类系统及遵循的解译标志相同, 空间分辨率匹配且相同区域影像的获取时相总体一致, 故可用于湿地的变化分析。

    • 辅助专题数据主要包括研究区流域边界数据、高程数据和验证样本点。流域数据采用的是白磊[7]的青藏高原小流域划分图。其中, 流域名称为"××内流区"的是内流区, 流域名称中未指明为内流区的均为外流区。高程数据使用的是ASTER GDEM V2, 空间分辨率为30 m。用于分类验证的14 310个矢量样本点数据采样于Google Earth的高分辨率影像。

    • 根据Niu等[4]建立的湿地遥感分类体系并结合研究区特征, 将青藏高原湿地分为河流、湖泊、洪泛湿地、沼泽湿地及人工湿地5类。对原始影像进行辐射校正、几何校正及影像裁切等预处理后, 通过eCognition软件对预处理后的遥感影像进行分割。为保障主干河流、大湖泊(面积大于1 km2)等被分割成完整的对象以便于结合形状特征进行提取, 先将分割尺度设置为800, 再以200为分割尺度进行二次精细分类, 主要提取河流支流及面积小于1 km2的湖泊和人工湿地。粗分类时, 将归一化水体指数阈值设为0.1, 能够较好地将水体特征明显的地物提取出来; 细分类时, 将水体指数阈值调整为-0.05, 同时引入坡度指标, 避免与非湿地(如山地阴影)混淆。最后将分类数据进行拼接, 得到2016年的青藏高原湿地分类数据。

      为降低人为主观因素的影响, 提高精度的可信度, 使用eCognition软件中的Error Matrix Based on TTA Mask方法进行精度验证, 得到精度评价混淆矩阵, 如表 1所示。结合流域、高程、冰川和人为因子进一步分析湿地变化的机制, 并对不同流域湿地面积、高程等数据进行空间分析。

      表 1  2016年青藏高原湿地分类精度评价

      Table 1.  Accuracy Evaluation of Classification Result for the Wetlands in the Tibetan Plateau of 2016

      类别 样本数 总计 用户精度/%
      非湿地 沼泽湿地 湖泊 河流 洪泛湿地 人工湿地
      非湿地 4 433 342 313 413 303 2 5 806 76.4
      沼泽湿地 107 1 486 42 30 43 0 1 708 87.0
      湖泊 49 8 2 935 10 3 0 3 005 97.7
      河流 46 16 7 2 264 34 3 2 370 95.5
      洪泛湿地 72 25 25 38 1 080 0 1 240 87.1
      人工湿地 0 0 0 0 0 181 181 100.0
      总计 4 707 1 877 3 322 2 755 1 463 186 14 310
      制图精度/% 94.2 79.2 88.4 82.2 73.8 97.3
      Kappa系数 0.77
      总体精度 0.82
    • 2016年湿地分类总体精度为0.82, Kappa系数为0.77。人工湿地特征明显便于提取, 且数量较少, 经人工核查后, 精度极高, 未被误分到其他类型。分类误差主要来源于非湿地和湿地的混淆, 这是由于非湿地和湿地交界处存在大量混合的分割对象, 降低了分类精度。洪泛湿地的误差主要源于其季节性特征, 易与其他类型的自然湿地(河流、湖泊及沼泽湿地)混淆。

      2016年青藏高原湿地总面积为115 584 km2。其中, 湖泊湿地面积最大, 其次是沼泽湿地, 二者构成了青藏高原湿地的主体, 共占湿地总面积的72.2%。河流及洪泛湿地面积相近, 人工湿地在5类湿地中面积占比最小。2016年各流域湿地面积及类型构成比例如图 2所示。在32个流域中, 湿地总面积最大的是柴达木内流区, 湿地密度最大的是青海湖内流区, 湿地面积及密度最小的流域均为石羊河内流区。

      图  2  2016年青藏高原各流域湿地类型组成

      Figure 2.  Composition of Wetland Types of the Tibetan Plateau Basins in 2016

    • 2008-2016年, 湿地总体变化特征表现为增加, 面积增加了3 867 km2, 总体变化率为3.5%。青藏高原湿地面积统计结果如图 3所示。由图 3可知, 2008年及2016年研究区的主要湿地类型均为湖泊, 且湖泊在所有湿地类型中所占比重小幅上升, 湖泊增加面积为2 135 km2;河流与洪泛湿地的面积、变化趋势及变化幅度均相近, 增加面积分别为3 239 km2和3 792 km2;沼泽湿地是唯一表现为面积萎缩的湿地, 减少面积为5 799 km2;人工湿地占比小, 其面积变化不大, 仅增加500 km2, 但变化率最高。由此可见, 青藏高原地区湿地始终以自然湿地为主导, 但人工湿地的变化率极高, 人为因素的影响也不容小觑。

      图  3  青藏高原湿地面积统计

      Figure 3.  Statistics of Wetlands' Areas in the Tibetan Plateau

    • 2008年以沼泽为主要湿地类型的流域最多(13个); 2016年以湖泊、河流为主要湿地类型的流域最多(11个)。湿地增加的流域有18个(11个为内流区), 减少的有14个(7个为内流区)。藏西北内流区的湿地增加最为显著, 增加面积为2 208 km2;黄河上游流域湿地减少得最多, 减少面积为3 431 km2。青藏高原各类湿地在不同流域表现为不同的变化特征(见图 4图 5)。其中, 图 4(a)中, 2008年各流域中洪泛湿地面积最大的是柴达木内流区, 面积为1 971 km2;2016年各流域中洪泛湿地面积最大的为藏西北内流区, 面积为3 133 km2图 4(b)中, 2008年以洪泛湿地为主要湿地类型的流域共4个, 且在这4个流域中洪泛湿地在洮河流域占比最高; 2016年以洪泛湿地为主要湿地类型的流域为1个, 即车尔臣河内流区, 故车尔臣河内流区为2016年洪泛湿地占比最高的流域。

      图  4  基于流域的湿地面积统计和主要湿地类型统计

      Figure 4.  Statistics of Wetlands' Areas and Main Wetland Types Based on Basins

      图  5  2008—2016年青藏高原不同湿地的变化

      Figure 5.  Changes of Different Wetlands in the Tibetan Plateau in 2008—2016

      洪泛湿地在藏西北内流区增加最大, 在金沙江流域减少得最多; 河流在雅鲁藏布江流域增加最大, 在藏西北内流区减少得最多; 沼泽湿地在森格威-印度河流域增加最大, 在黄河上游流域减少得最多; 湖泊在藏西北内流区增加最大, 在柴达木内流区减少得最多; 人工湿地的变化集中在柴达木内流区、车尔臣河内流区、尕斯库勒湖内流区、黄河上游流域以及雅鲁藏布江流域, 其中柴达木内流区人工湿地增加面积最大, 减少得最多的是黄河上游流域。

      对青藏高原的优势湿地类型(湖泊)的变化作进一步分析发现, 湖泊湿地面积的增大主要集中在面积大于500 km2的大型湖泊湿地, 其变化统计结果如表 2所示。由表 2可知, 2008—2016年, 面积小于1 km2的湖泊大幅增加, 而1~500 km2的中小型湖泊表现为萎缩, 尤其是面积小于100 km2的湖泊湿地, 面积和数量都呈现减少的特征。这些减少或消失的中小型湖泊湿地主要分布在可可西里河内流区和藏西北内流区, 减少面积分别为534 km2和324 km2。500~1 000 km2的湖泊增加了2个, 经核实是西金乌兰湖和阿其克库勒湖扩张后面积突破500 km2所致。2016年面积大于500 km2的湖泊有14个。湖泊面积及数量分级统计见表 3

      表 2  青藏高原大型湖泊(面积大于500 km2)的变化统计

      Table 2.  Variation Statistics of Large Lakes (with an Area Greater than 500 km2) in the Tibetan Plateau

      湖泊名称 湖泊类型 省级自治区 主要补给方式 2008年面积/
      km2
      2016年面积/
      km2
      变化面积/
      km2
      青海湖 微咸水湖 青海 地表径流、湖面降水 4 227 4 516 289
      色林错 微咸水湖 西藏 地表径流 2 274 2 380 106
      纳木错 微咸水湖 西藏 地表径流、湖面降水 2 014 2 035 21
      扎日南木错 微咸水湖 西藏 地表径流、湖面降水 1 006 1 000 -6
      阿牙克库木湖 盐湖 新疆 冰雪融水径流 810 996 186
      当惹雍错 微咸水湖 西藏 地表径流 831 844 13
      鄂陵湖 微咸水湖 青海 地表径流、湖面降水 659 661 2
      乌兰乌拉湖 微咸水湖 青海 地表径流、湖面降水 594 657 63
      哈拉湖 咸水湖 青海 地表径流、冰雪融水径流 609 622 13
      扎陵湖 淡水湖 青海 地表径流、湖面降水 531 564 33
      西金乌兰湖 盐湖 青海 地表径流 485 564 79
      阿其克库勒湖 盐湖 新疆 地表径流 469 548 79
      羊卓雍错 微咸水湖 西藏 地表径流 561 542 -19
      注:数据来源于文献[8]

      表 3  湖泊面积及数量分级统计

      Table 3.  Classification Statistics of Lakes' Areas and Numbers

      面积范围
      /km2
      2008年 2016年
      总面积
      /km2
      数量 总面积
      /km2
      数量
      < 1 1 919 19 941 2 197 26 993
      1~10 2 798 932 2 700 869
      10~100 10 495 314 10 405 299
      100~500 16 490 78 16 453 78
      500~1 000 5 565 8 6 998 10
      > 1 000 9 521 4 10 001 4
    • 以0.5 km为间隔将研究区6.5 km高程数据分为13个高程级别, 以研究高程与湿地分布及湿地变化的关系。受地貌和水热等组合条件的影响, 2008年和2016年的湿地总体上集中分布在4.5~5.0 km高程范围内, 占比分别为45.9%和48.8%。人工湿地集中分布在2.0~3.5 km高程范围内, 自然湿地集中分布在4.0~5.0 km高程范围内。

      湿地总体变化主要分布在2.5~5.5 km的高程范围内, 其中4.5~5.0 km高程范围内的湿地增加最为显著, 增加面积为5 012 km2;而3.0~3.5 km高程范围内的湿地减少最为显著, 减少面积为2 270 km2。河流湿地面积在4.5~5.0 km高程范围共增加了846 km2。洪泛湿地在4.5~5.0 km高程范围的面积增加了2 401 km2。湖泊湿地在4.5~5.0 km高程范围内面积增加了1 336 km2;而在2.5~3.0 km高程范围内减少了459 km2。沼泽湿地则在3.0~3.5 km高程范围内面积减少3 655 km2。人工湿地面积在2.5~3.0 km高程范围内增加了657 km2(见图 6)。

      图  6  不同高程段的湿地面积及变化面积

      Figure 6.  Wetland Areas and Change Areas of Different Elevation Sections

    • 不同类型湿地的变化状况因流域性质的不同呈现出空间分布的差异性(见表 4)。外流区的河流湿地呈增加趋势, 而洪泛湿地、人工湿地呈减少趋势; 内流区的洪泛湿地、湖泊以及人工湿地呈现增加趋势。但是沼泽湿地不论在内流区还是外流区, 都呈现出明显的面积减少状态。

      表 4  基于流域的湿地变化面积统计

      Table 4.  Statistics of Wetland Change Areas Based on Basins

      流域特征 变化特征 湿地变化面积/km2
      河流 洪泛湿地 湖泊 人工湿地 沼泽湿地
      内流区 增加 844 4 807 2 213 619 976
      减少 502 484 568 1 1 659
      净变化 342 4 323 1 645 618 -683
      外流区 增加 2 957 700 506 0 775
      减少 59 1 231 16 118 5 891
      净变化 2 898 -531 490 -118 -5 116
    • 青藏高原对全球气候变化十分敏感, 分析气候因子的影响对青藏高原湿地生态系统具有重要意义。王智颖[9]的研究发现, 青藏高原1998-2015年平均气温呈上升趋势; 1970-2015年间各区年均降水整体呈上升趋势。可见在本研究的时空范围内, 研究区的气温和降水都呈现上升趋势, 与本文湿地总体的增加呈正相关。温度上升与湖泊、河流及洪泛湿地的变化均呈正相关, 而与沼泽湿地的变化呈负相关, 可见温度升高在一定程度上能够促进湖泊、河流及洪泛湿地的扩张, 但加剧沼泽湿地的退化。降水整体上升的趋势同样与湿地总体变化呈正相关, 降水的增加能够补充各类湿地水量, 有助于减缓湿地退化。

    • 20世纪以来, 气温的迅速升高导致世界范围内的冰川不断缩减, 进一步影响了水循环以及生态循环[10]。对于冰雪融水补给的湿地, 冰川的变化与其直接相关。Song等[11]的研究表明, 在降水、土壤水分蒸发、蒸腾损失总量和冰川消融共同作用下, 青藏高原湖泊有所扩张。王松涛等[12]研究发现, 2006-2010年, 阿牙克库木湖面积增长了11.6%;同时, 研究区冰川面积缩减了7.2%。这与阿牙克库木湖面积变化呈相同趋势, 即其面积变化与冰川消融关系密切。在表 2的湖泊变化分析中, 补给方式主要为冰雪融水补给的阿牙克库木湖面积从2008-2016年8 a时间里增加了185.4 km2, 面积变化显著, 与冰川的退缩趋势相关。黄启厅[13]以新疆中部的博格达峰地区和北部的阿尔泰山友谊峰地区为研究区, 发现1972-2010年冰川呈消退趋势, 而冰湖呈扩张趋势, 且冰川退缩对中小规模冰湖面积增长的影响更为突出。

      总结近几年青藏高原有关冰川-湿地变化的研究文献, 并对照本文研究, 发现全球变暖导致青藏高原冰川退缩, 冰川退缩进一步促进了湿地扩张(尤其是对湖泊扩张的影响更为显著), 反映了青藏高原湿地与冰川变化的响应机制及其对全球变化的响应。

    • 虽然青藏高原湿地生态系统的演变以自然因子为主导, 但人类活动的加剧对湿地的直接影响也逐渐体现。如位于柴达木内流区区域的乌兰县, 政府对盐业资源的支持与开发[14]促使柴达木流域盐湖周边的部分荒漠化土地被开发成盐田。青藏高原旅游业的发展在引进巨大客流量带来经济效益的同时, 也给湿地生态系统带来了巨大的压力。除此之外, 青藏高原的多数居民以畜牧业为主要经济来源, 过度放牧破坏了当地植被, 加剧了土地沙化, 进而加速了沼泽湿地的退化, 破坏了湿地的生态功能。但是, 国家在青藏高原部署的许多生态保育工程也促进了湿地面积和生态功能的恢复。

    • 本文通过2008年和2016年两期的湿地分类数据, 结合流域、高程以及冰川因子对研究区的湿地分布及变化进行监测与分析, 得出如下结论:

      1) 采用面向对象的分类方法, 通过建立不同尺度的分割层逐层提取, 能够充分利用分割对象的空间形状特征。同时, 基于两期数据确定洪泛湿地等季节性湿地类型, 提高了湿地解译的精度。

      2) 2016年青藏高原湿地总面积为115 584 km2, 其中, 湖泊和沼泽湿地构成了青藏高原湿地的主体。2008-2016年的8 a间, 湿地总体上增加3 867 km2, 变化率为3.5%, 主要表现为湖泊湿地的增加, 但沼泽湿地表现为减少。青藏高原湿地集中分布在4.5~5.0 km的高程范围内。4.5~5.0 km高程范围, 湿地增加9.8%;而3.0~3.5 km高程范围, 湿地减少17.9%。

      3) 除沼泽湿地外, 流域性质与其他湿地类型的变化具有相关性。温度和降水与湿地的总体变化呈正相关, 但其响应机理需要进一步探讨。

      由于湿地具有较为明显的季节性特征, 本文仅基于双时相Landsat影像提取出的湿地边界数据稳定性不够, 要更为精确地提取此类湿地, 今后可将时间序列数据提取季节性湿地的相关方法[15]应用于青藏高原地区。由于研究区覆盖范围广, 可获取的数据(如连续的气象、温度、冰川等数据)相对较少。对湿地变化的驱动力分析参考了相关研究文献, 但对湿地变化的机理需要开展专门的调查和更加可靠的数据和方法。

参考文献 (15)

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