基于卫星遥感影像的近30年来中国主要湖泊面积变化研究

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湖泊是水资源的组成部分,在水循环过程中承担着重要的作用,同时也是社会经济发展必不可少的资源。由于气候变化和人类活动不断加强,我国湖泊面积发生了明显变化。此前由于传统方式处理大量遥感数据受限和其他因素的影响,国内研究大多集中在单个湖泊或区域湖泊的面积变化,综合探究全国范围内湖泊面积变化的研究还较少。遥感云计算技术出现之后,改变了原有的研究现状。它可以快速的处理和分析海量遥感数据,降低了大尺度长时间序列研究的难度。湖泊的萎缩和扩张会影响湖泊生态功能及区域经济可持续发展,探究湖泊面积变化趋势与驱动因素是治理和改善湖泊生态环境的基础,可以为湖泊资源的持续利用、生态文明建设和经济建设提供重要的科学依据。本研究基于Google Earth Engine(GEE),利用基于决策树的水体提取方法,提取了1990-2020年上万幅Landsat系列卫星遥感影像中的水体,获得了中国五大湖区38个湖泊面积,采用一元线性回归法、Mann-Kendall趋势和突变检验、Pettitt检验和Pearson相关系数对1990-2020年湖泊面积变化趋势、显著性、突变性及相关驱动力等方面进行了分析。研究结果表明:(1)1990-2020年研究的38个湖泊中,云贵高原湖区湖泊面积整体呈下降趋势(-0.97km~2/a),蒙新高原湖区乌伦古湖(0.68km~2/a)、东北平原与山地湖区兴凯湖面积呈扩张趋势(1990-2013:2.5km~2/a;2013-2020:29km~2/a);东部平原湖区湖泊面积变化波动最剧烈,1990-2010年湖泊面积呈萎缩趋势,2010-2020年湖泊面积呈扩张趋势;青藏高原湖区色林错面积扩张速度最快(26.37km~2/a,R~2=0.91)。(2)通过相关性分析发现大部分湖泊面积变化和年降水量呈正相关关系,和年均气温呈负相关关系。降水可以直接影响湖泊面积,相对于降水,气温可以间接影响湖泊面积,气温升高引起湖泊蒸发增强,进而导致湖泊萎缩。但青藏高原湖区色林错面积变化和年均气温呈较高的正相关关系,气温促进了湖泊面积扩张,与上述结果截然相反。东部平原湖区湖泊面积和年降水量的相关性整体相对较低,尤其是北亚热带湖泊。(3)通过土地利用变化分析发现,云贵高原湖区、东部平原湖区耕地面积逐渐减少,青藏高原湖区(色林错、羊卓雍错)、蒙新高原湖区(乌伦古湖)、东北平原与山地湖区(兴凯湖)耕地面积呈扩张趋势。蒙新高原湖区(乌伦古湖)、云贵高原湖区、东部平原湖区建设用地显著扩张,2000年以后建设用地扩张速度加快。东部平原湖区人类活动强度较大,建设用地扩张显著且多分布在湖泊周边,围湖养鱼、围湖造田以及退耕还湖都对湖泊面积产生了较大的影响。
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