基于GF-1/6卫星影像的全国湖泊水体面积变化及成因分析

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湖泊作为地表水资源的重要载体,具有很多生态系统功能,同时也是地球环境变化和人类活动影响的指示器。湖泊水体面积是表征湖泊水量和湖泊形态变化的重要指标,研究湖泊水体面积变化即可摸清湖泊现状,为气候变化和人类活动下湖泊演变规律研究提供基础科学数据,对湖泊水资源的可持续利用和管理同样具有重要指导意义。但是目前基于湖泊水体面积的研究往往基于年际、多年际的典型单个湖泊或者区域尺度的湖泊,而这些研究往往集中于长时间序列的低空间分辨率影像上,随着高分一号(GF-1)、高分六号(GF-6)号的组网成功,实现了对陆地区域观测的时间分辨率达到2天,这就使高时间频率的遥感数据来反映湖泊水面面积的变化成为可能。本文以第一次全国水利普查中面积大于1.0km2的2865个湖泊为研究对象,使用GF-1/6具有高时空分辨率的遥感影像为数据源,采用基于空间约束矢量的自动提取方法获取水体面积,综合利用RS和GIS技术分析其年际、年内时空变化特征,并将目视解译的方法得到湖泊水域变化类型作为驱动因素的出发点,结合人为数据和气象数据两个方面说明可能影响湖泊变化的因素,最后再以灰色关联度定量得到影响湖泊面积的主导因素。结论如下:(1)全国湖泊数量逐渐减少、面积却在逐渐增加,不同地域湖泊面积变化规律不同。通过对全国面积大于1.0km2的湖泊进行1~10、10~50、50~100、100~500、500~1000、1000~2000、大于2000的等级划分,发现约有70%的湖泊其面积集中于1~10km2区间内,尽管各年的湖泊总数量在逐年减少,但由于减少的湖泊主要集中于面积较小的区间内,而较大面积的湖泊数量有所增加,因此湖泊面积呈现逐年增加的趋势。此外,不同区域尺度湖泊面积及湖泊数量不同其变化趋势也不同,湖泊数量少的地区其湖泊数量和面积变化面积相对稳定,以珠江流域和东南诸河流域为主,而湖泊数量较多的地区湖泊数量变化和面积变化也相对复杂,以西北诸河流域和长江流域为主。(2)全国尺度、区域尺度湖泊水体年内变化显著,不同年份水体变化规律不一致,但具有一定的季节性。2018年与2020年夏季湖泊水体面积最大,秋季次之,最大面积分别为235975.43km2、241946.55km2;2019年夏季面积最大,春季次之,最大面积为238181.85km2。区域尺度湖泊年内变化趋势不一致,北方流域在7月、8月和9月湖泊水体面积较小,反而是在12月、1月和2月有较大的水体面积,比如松花江流域、黄河流域、淮河流域;南方水域的汛期则相对集中在7月、8月和9月,例如长江流域,尤其是鄱阳湖、洞庭湖这类年内涨落极为显著的季节性湖泊,月内湖泊面积会相差1000多平方千米,对全国湖泊水体面积变化趋势有极大的影响。不同行政区年内变化存在明显差异,江西省和湖南省变化年内变化起伏较大,福建省、北京市、贵州省和上海市等行政区年内变化相对稳定。(3)全国近三分之二的湖泊发生变化,其中包括面积萎缩的湖泊1019个和面积扩张的湖泊846个,其中面积萎缩的湖泊中有728个湖泊水域无侵占,有291个湖泊存在人为侵占,但是这两类湖泊主要是1~10km2的小湖泊。湖泊面积发生变化的湖泊往往有聚集分布的态势,而湖泊变迁呈现明显的空间分布差异,北方以湖泊面积萎缩为主,内蒙古自治区尤为显著,南方则以各种侵占为主,典型代表为湖南省、湖北省,以西藏自治区、青海省为中心的湖泊面积趋于稳定,甚至有很多湖泊呈现扩张趋势。此外,不同区域引起湖泊面积变化的主导因素有所不同,例如湖北省是气象因素为主导,受降水影响显著,但同时水产养殖、灌溉面积的增加在一定程度也存在辅助影响;而内蒙古自治区湖泊面积变化则以人为因素为主导,有效灌溉面积和畜牧量的增加导致土壤水分的严重流失,成为影响湖泊面积减小的主要驱动因子。
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