駱成鳳，許長軍，曹銀璇，童李霞

(1:中國測繪科學(xué)研究院，北京 100830)(2:青海省地理空間信息技術(shù)與應(yīng)用重點實驗室，西寧 810001)

駱成鳳1，許長軍2，曹銀璇1，童李霞1

(1:中國測繪科學(xué)研究院，北京 100830)(2:青海省地理空間信息技術(shù)與應(yīng)用重點實驗室，西寧 810001)

位于青藏高原東北部的青海湖是我國最大的咸水湖和內(nèi)陸湖，也是青藏高原東北部的重要水汽源，青海湖面積的動態(tài)變化是氣候和周圍生態(tài)環(huán)境狀況的重要體現(xiàn). 本研究利用長時間序列中分辨率遙感影像數(shù)據(jù)，通過人工提取湖岸水涯線信息對青海湖水面面積進(jìn)行監(jiān)測. 結(jié)果顯示：1974-2016年期間，青海湖面積總體上呈先減后增的變化趨勢. 2004年水面積最小，為4223.73 km2，比1974年減少253.80 km2. 其中1974-1987年期間面積驟減；2000-2009年期間青海湖水面面積變化幅度相對較小，平均變化幅度為6.85 km2. 2009-2016年7 a間，水面面積增加了128.27 km2. 2012年青海湖面積驟增，比2011年8月同期增加65.12 km2；同年6月和9月的面積變化為2002-2016年最大，達(dá)到59.18 km2. 湖東岸沙島的湖岸線變化最為顯著，1974-2004年岸線后退最大距離達(dá)4.59 km，2012年的年內(nèi)最大變化距離為0.39 km. 青海湖流域內(nèi)降水補(bǔ)給增加，生態(tài)環(huán)境治理措施促使入湖河流徑流量增大，是近年來湖水面積增加的主要原因.

青海湖；水面面積；遙感監(jiān)測

青海湖位于青藏高原東北部，地處東亞季風(fēng)、印度季風(fēng)和西風(fēng)激流三者匯聚帶，湖區(qū)西接青藏高原、東鄰黃土高原、北部為沙漠干旱區(qū)，是阻擋西部荒漠化向東蔓延的天然屏障. 這種特殊的過渡性地理位置，使得青海湖對氣候變化敏感而強(qiáng)烈[1-4]. 作為我國最大的內(nèi)陸咸水湖，青海湖不但對環(huán)湖周邊區(qū)域氣候起著自然調(diào)節(jié)器的作用，也是維系青藏高原東北部生態(tài)安全的重要水體. 青海湖早在1997年就被列為國家級自然保護(hù)區(qū)，湖區(qū)及環(huán)湖地區(qū)共有鳥獸200余種，被聯(lián)合國列入國際重要濕地名錄. 青海湖水情的動態(tài)變化是氣候和周圍生態(tài)環(huán)境狀況的重要體現(xiàn)[3,5]，準(zhǔn)確、及時地掌握青海湖水情信息對流域的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和綜合治理具有重要的意義.

我國學(xué)者一直關(guān)注氣候變化和人類活動對青海湖水情的影響[3-11]，面積是湖泊水情的重要指標(biāo)之一. 賈玉連等[12]通過古湖泊遺跡恢復(fù)青海湖古湖面面積，認(rèn)為與現(xiàn)代湖泊面積(4400 km2,1988年)相比較，近四萬年以來青海湖可能出現(xiàn)3次高湖面，面積分別為8100、7039、6406 km2，其對應(yīng)的湖面分別高出現(xiàn)代湖面104、80和45 m. 馮松等[4]研究發(fā)現(xiàn)，自1880-1980年左右,青海湖水位逐漸降低. 有研究者利用中低分辨率影像，如1.1 km分辨率的NOAA/AVHRR數(shù)據(jù)和250 m分辨率的EOS/MODIS數(shù)據(jù)，對青海湖面積的長時間序列變化情況進(jìn)行監(jiān)測，掌握近代青海湖面積變化的規(guī)律和趨勢[13-15]. 由于這類影像數(shù)據(jù)的連續(xù)性比較好，能很好地反映出青海湖年際間的面積變化趨勢，但受影像分辨能力的限制，能感知的面積變化范圍相對比較粗. 沈芳等[16]采用Landsat MSS和ETM+數(shù)據(jù)對青海湖1975年和2000年的面積進(jìn)行了計算，并對這25年間的湖泊變遷及成因進(jìn)行了分析. 劉寶康等[17]采用環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)，利用多波段和單波段相結(jié)合的方法識別水體，對2008-2011年每年4-11月期間的青海湖面積進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測. 馮鐘奎等[18]采用Landsat TM數(shù)據(jù)和分類的方法對青海湖1986-2005年10月下旬-11月的水域變化進(jìn)行了監(jiān)測.

以往的青海湖面積監(jiān)測工作受影像資源分辨率和獲取時間的限制，對常水位下面積長時間序列監(jiān)測和年內(nèi)面積變化監(jiān)測相對缺乏. 本研究依據(jù)青海湖水位年變化特點，充分利用中高分辨率遙感數(shù)據(jù)的連續(xù)性，選擇每年的8月水位作為常水位代表對1974年以來的青海湖面積變化趨勢進(jìn)行監(jiān)測，反映了近40余年青海湖面積變化的總趨勢. 同時也對近15年來青海湖面積的年內(nèi)變化進(jìn)行了監(jiān)測. 旨在更系統(tǒng)地掌握青海湖面積的動態(tài)變化規(guī)律，為青海湖及其流域的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和湖泊面積持續(xù)監(jiān)測提供依據(jù).

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 青海湖概況

青海湖(36°32′～37°15′N，99°36′～100°47′E)位于青海省境內(nèi)，跨海晏、剛察和共和3個縣. 青海湖湖心有海心山和三塊石兩個小洲，湖邊主要島嶼有鳥島、海西島、沙島、二郎劍等，周邊小湖有尕海、新尕海、海晏灣、耳海(圖1). 青海湖是因地層斷陷、倒淌河倒流而形成的[19]，現(xiàn)代湖體呈橢圓形，西北走向，周長約360 km，東西長約109 km，南北平均寬約39.8 km. 水位在 3193.5 m時，湖區(qū)水域面積為 4294 km2，容積為 785.2×108m3，平均水深 18.3 m，最大水深 26.6 m[20].

青海湖是以降水補(bǔ)給為主的封閉湖泊,入湖的大小河流共計50余條，多為季節(jié)性河流. 湖區(qū)周圍水系呈明顯不對稱狀態(tài)分布, 西北多，流量大；東南少，流量小, 年地表總徑流量為15.35×108m3[21]. 其中流域面積大于300 km2的干流有16條，分布于流域西北部的布哈河、沙柳河的流量總和占全流域入湖流量的73%以上[22]. 青海湖位于青藏高原上，在中緯度西風(fēng)帶內(nèi)，是我國和東亞天氣的上游，這里屬高原大陸性氣候，冬寒夏涼，多年平均氣溫-0.7℃,呈南高北低的分布趨勢；湖區(qū)降水多年平均值為319～395 mm,雨量偏少，降水量由湖心向湖周山區(qū)遞增；多年平均蒸發(fā)量約800～1100 mm，雨熱同季，干濕季分明[11,23]. 20世紀(jì)后半期，暖干是青海湖流域氣候的主流，青海湖水位下降，面積呈縮減趨勢[3,24-25]. 青海湖流域處在不同生態(tài)(草原-沙漠)和地理(青藏高原-黃土高原)單元的結(jié)合點上，濕地、高寒草甸、草原、灌木林、耕地、沙丘等地表類別和魚、鳥、獸等珍稀野生動物共同構(gòu)成了青海湖地區(qū)特有的生態(tài)系統(tǒng)，是青藏高原生物多樣性最豐富的寶庫. 政府部門對青海湖地區(qū)生態(tài)給予了很高的重視，于2008年5月啟動實施“青海湖流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)與綜合治理工程”，投資15.68億元，計劃在10年內(nèi)最大程度恢復(fù)青海湖原生態(tài)[26].

圖1 青海湖地理位置Fig.1 The location of Lake Qinghai

1.2 數(shù)據(jù)及預(yù)處理

青海湖面積監(jiān)測所用的遙感數(shù)據(jù)源為Landsat系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)，傳感器包括Landsat-5 TM、Landsat-7 ETM 和 Landsat-8 OLI，分辨率為30 m，重訪周期為16天，軌道號為133/34和133/35. 下社水文站的觀測數(shù)據(jù)*數(shù)據(jù)由青海省水文水資源勘測局提供.顯示，2000-2008年的最高月均水位出現(xiàn)在9月，為3193.27 m；每年1-5月水位相對比較穩(wěn)定(水位差為0.02 m)；6月以后水位持續(xù)上升，至9月水位差達(dá)到0.2 m；其中8月與9月的水位差為0.05 m. 9月至來年1月水位持續(xù)下降. 本研究選擇每年8月作為常水位的代表月，監(jiān)測自1987-2016年的湖體面積變化，選6月和9月面積差監(jiān)測自2002以來的年內(nèi)湖體面積變化. 數(shù)據(jù)獲取時間以8月中旬為最佳，受云量影響無法直接提取水涯線時，參考最近時間的影像數(shù)據(jù)或者同時期的環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)輔助解譯水涯線信息. 為了比較長時間序列的變化，利用1974年的數(shù)字柵格圖數(shù)據(jù)(DRG)提取常水位的水涯線信息.

影像預(yù)處理工作主要是正射糾正，處理過程為：控制測量-空三加密[27]-數(shù)字高程模型制作-正射影像制作. 其中青海湖區(qū)GPS控制點測量點共38個，采集時間為2008年11月，全部符合測繪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和精度要求. 首先利用同時期2.5 m分辨率立體相對影像經(jīng)過空三加密生成數(shù)字高程模型，并制作正射影像. 利用外業(yè)控制點和檢查點對生成的正射影像進(jìn)行檢核，平均中誤差為5.40 m. 然后以高分正射影像和格網(wǎng)間距為5 m的數(shù)字高程模型對監(jiān)測影像數(shù)據(jù)進(jìn)行正射影像制作，多期影像間相對幾何配準(zhǔn)精度控制在1個像元以內(nèi).

1.3 面積計算

采用人工解譯方式提取青海湖水涯線信息，解譯過程中重點關(guān)注灘涂岸邊水涯線的提取，同時參照同期的水位信息區(qū)分淺水區(qū)邊界，平緩灘涂的水涯線不能交錯. 為了盡可能地消除認(rèn)知差異，所有水涯線的解譯工作由同一個具有1∶10000 地形圖編制經(jīng)驗的工作人員完成. 在巖質(zhì)湖岸區(qū)，影像和水涯線之間的套合精度小于1個像元；在沙質(zhì)湖岸區(qū)，套合精度小于2個像元. 以 2014年為例，與青海湖水涯線相交的像素個數(shù)為12455個，每個像素900 m2，假設(shè)平均每個像素內(nèi)水體與非水體的面積各占50%，則面積計算結(jié)果的誤差約為±5.6 km2.

青海湖面積包括主湖區(qū)及相連的水體面積，一直與主體湖區(qū)分開的小湖區(qū)(尕海)不記入湖區(qū)面積，不減除兩個湖心洲(海心山和三塊石)的面積. 為了與其他研究結(jié)果比較，這里采用高斯投影計算湖面面積，以4244.2 km2為例，在3200 m高程投影面上面積為4248.4 km2，差異約千分之一.

1.4 面積結(jié)果比較

不同分辨率的影像對湖泊岸線的識別能力不同. 理論上，在能準(zhǔn)確區(qū)分水體和陸地的前提下，分辨率越高，岸線部分水與陸地混合像元中涉及的水域面積就越小，監(jiān)測得到的湖泊面積就約接近實際值. 本研究對相同水位時3種不同分辨率影像數(shù)據(jù)識別得到的青海湖面積進(jìn)行了對比. 這3種影像分別為：印度CartoSat-1號衛(wèi)星影像，分辨率2.5 m，獲取時間為2007年12月-2008年2月；中巴地球資源衛(wèi)星Cbers影像，分辨率19.5 m，獲取時間為2008年12月；Landsat-5 TM影像，分辨率30 m，獲取時間為2007年8月. 3種影像獲取時青海湖的平均水位均為3193.35 m，對應(yīng)的青海湖水面面積分別為4248.4、4251.5和4247.3 km2. 不同分辨率影像數(shù)據(jù)得到的面積差異小于5 km2，約為整個湖面面積的0.1%.

根據(jù)青海省第一次水利普查公報，青海湖水位在3193.5 m時，湖區(qū)水域面積(包括尕海)為4294 km2. 據(jù)下社水文站監(jiān)測信息，2008年8月青海湖平均水位為3193.5 m，本研究計算得到的青海湖和尕海面積為4293.41 km2. 在已發(fā)表的青海湖面積監(jiān)測相關(guān)文章中，本研究與文獻(xiàn)[15]均給出了2001-2010年9月的青海湖面積. 文獻(xiàn)[15]中的面積值基于EOS/MODIS數(shù)據(jù)通過閾值法模型得到，包括尕海的面積. 本研究中的面積值(包括尕海)比文獻(xiàn)[15]中的值高，兩者差異的均值約26 km2. 兩者監(jiān)測得到的青海湖面積變化趨勢是一致的. 沈芳等[16]、劉寶康等[17]和馮鐘奎等[18]對青海湖面積變化的研究都采用了30 m分辨率的影像數(shù)據(jù)，由于和本研究監(jiān)測的月份不同，單個青海湖面積值的可比性不強(qiáng). 但對青海湖的年均變化趨勢監(jiān)測結(jié)果都比較一致，如馮鐘奎等[18]的研究結(jié)果顯示1990-2004年青海湖面積持續(xù)減少，接著開始增大，這與本研究得到的變化趨勢相同.

2 結(jié)果與分析

2.1 青海湖8月份面積變化

青海湖8月份水面面積監(jiān)測結(jié)果顯示，1974-2016年期間，青海湖面積總體上呈先減后增的變化趨勢. 2004年為面積變化拐點，減少至最小，為4223.73 km2，比1974年減少了253.80 km2，約為1974年湖面積的5.67%. 2004年以來，青海湖面積持續(xù)增長，至2016年達(dá)到4367.18 km2，比2004年增加143.45 km2，但仍比1974年面積減少110.36 km2(圖2).

圖2 1974-2016年青海湖8月份水面面積變化Fig.2 Variation curve of water surface area of Lake Qinghai in August from 1974 to 2016

在青海湖水面面積減少的時間段內(nèi)，1974-1987年期間面積驟減，17 a間減少176.52 km2；1987-1992年青海湖面積呈小幅增加，5 a間增加了22.38 km2；1992-2004年青海湖面積持續(xù)減小，12 a間減少了99.66 km2，但2000-2004年面積減少幅度相對較小. 在青海湖水面面積增加的時間段內(nèi)，2004-2009年期間，面積呈小幅增加，2009-2016年7 a間，水面面積增加了128.27 km2(圖2).

2000-2009年期間青海湖水面面積變化幅度相對較小，面積平均值為4234.80 km2，是2004年水面面積的0.16%，平均變化幅度為6.85 km2. 其中2000-2001年面積減少14.54 km2，2004-2005年增加13.70 km2，2008年比前一年增加10.37 km2，2009年又減少了9.56 km2(圖2).

1997年以來，相鄰年間青海湖水面面積變化最大的年份分別為：2011-2012年，增加65.12 km2；1999-2000年，減少37.45 km2；2009-2010年，增加29.54 km2. 1997-2016年期間，相鄰年間面積變化平均值為14.12 km2.

2016年青海湖東邊的尕海面積為45.71 km2，與1974年相比較，減少了3.20 km2. 1974-1992年，尕海面積減少了2.56 km2；1992-1999年，尕海的面積幾乎沒有變化；自2000年以來，尕海的面積變化幅度在0.77 km2以內(nèi)，沒有出現(xiàn)和青海湖面積一樣的明顯增大趨勢，面積波動變化相對比較頻繁.

2.2 青海湖年內(nèi)面積變化

青海湖水面面積的年內(nèi)變化通過每年9月和6月面積差異來體現(xiàn)(圖3). 2002-2016年期間，2012年的年內(nèi)面積變化量為階段最大，為59.18 km2，2009年為階段最小，為0.93 km2. 其中，2002-2011年面積年內(nèi)變化量平均為10.33 km2，2007年為階段最大，為24.45 km2(由于缺乏2008年9月的影像，這里不分析2008年的情況)；2005、2009和2010年的年內(nèi)變化量都小于3.5 km2. 從圖3中可以看出，面積年內(nèi)變化量和面積基數(shù)沒有必然聯(lián)系，2006年的6月和9月面積均大于2002年，小于2010年，但2006年年內(nèi)變化量比2002和2010年都大. 2011年以后，青海湖6月和9月的面積明顯比之前增大，且面積的年內(nèi)變化量也整體增加，2012-2016年面積年內(nèi)變化量平均為20.00 km2，比2002-2011年期間年內(nèi)變化量均值增加近一倍. 與此同時，除了2012年外，面積年內(nèi)變化基本比較平穩(wěn)，變幅小于5 km2.

2002-2016年青海湖東邊尕海每年9月和6月面積差異平均值為0.2 km2. 與青海湖不同，尕海面積的年內(nèi)變化規(guī)律不明顯，面積最大值也不一定是出現(xiàn)在9月. 從監(jiān)測結(jié)果看，2002年以來，有一半年份的面積最大值出現(xiàn)在6月；有一半年份的面積變化量小于0.05 km2.

圖3 2002-2016年青海湖年內(nèi)水面面積變化Fig.3 Annual variation curve of water surface area of Lake Qinghai from 2002 to 2016

2.3 青海湖岸線變化

青海湖岸線的變化主要發(fā)生在西岸海西島、鐵布卡灣、東岸沙島、海晏灣、北岸沙柳河入口區(qū)以及南部二郎劍景區(qū)的沙嘴區(qū)(圖4a)，這些岸線主要為砂質(zhì)區(qū)域. 東岸沙島岸線的變遷尤其明顯(圖4b)，1974年沙島與主湖體連通，隨著湖岸線后退，沙質(zhì)地表裸露區(qū)域越來越大，至2004年形成澙湖，脫離了主湖體. 這期間岸線后退最大距離達(dá)4.59 km. 2004年至今，隨著湖岸線前進(jìn)，湖水重新淹沒了部分裸露區(qū)域，澙湖擴(kuò)大，有與主湖體重新連通的跡象. 與2004年相比，2016年岸線前進(jìn)了2.9 km. 在年內(nèi)湖面面積變化比較大的2012年，6-9月期間，沙島岸線前進(jìn)最大距離為0.39 km.

青海湖西岸海西島是另一個岸線變化比較大的區(qū)域(圖4c)，1974-2004年期間海西島岸線后退的最大距離為3.20 km. 海西島毗鄰鳥島，岸線變化對周圍鳥類棲息環(huán)境影響比較大. 2004年以來，岸線持續(xù)前進(jìn)，至2016年前進(jìn)了1.41 km. 年內(nèi)岸線變化相對比較大，在監(jiān)測時間段內(nèi)，岸線最大變化距離出現(xiàn)在2013年，為0.72 km.

受岸線區(qū)域砂質(zhì)的影響，鐵布卡灣北部岸線也隨青海湖面積變化而出現(xiàn)前進(jìn)或后退(圖4d)，與1974年相比，鐵布卡灣在2004年岸線變動最大距離為2.49 km. 2004年以后，這里的岸線隨著湖面積的增加而前進(jìn)，至2016年，又前進(jìn)了1.25 km. 在年度岸線變化最大的2012年，這里的最大變化距離為0.18 km.

位于青海湖北部的沙柳河是重要的入湖流量補(bǔ)給河，流量貢獻(xiàn)僅次于布哈河. 沙柳河口的岸線變化也比較明顯. 在青海湖面積減小的1974-2004年間，該河口的岸線后退了2.14 km；而2004-2016年，這里的岸線又向前推進(jìn)了1.2 km. 2012年，受入湖流量的季節(jié)變化影響，沙柳河口的岸線的最大變化距離達(dá)到了0.91 km.

圖4 1974-2016年青海湖岸線變遷示意圖(所有年份的岸線變遷都以2004年岸線作為參照)Fig.4 Changes of the shoreline in Lake Qinghai from 1974 to 2016

2.4 變化原因分析

青海湖基本上是一個封閉的內(nèi)陸湖泊[3]，近600 a來的水位升降與降水密切相關(guān)[4],降水量、徑流量及蒸發(fā)量直接主導(dǎo)著青海湖水位和面積的變化[7,28]. 1973-1984年和1990-2001年是兩個相對較長時期的少雨階段[29]，1977-1981年和1998-2004年青海湖水面蒸發(fā)量增加[30]，與1974-2004年青海湖水面面積的減少趨勢相對應(yīng). 自2004年以來，青海湖地區(qū)降水增多，主要入湖河流徑流量增加，是水面面積增加的主要原因. 青海湖周邊氣象站點剛察站監(jiān)測數(shù)據(jù)*數(shù)據(jù)由中國氣象局氣象數(shù)據(jù)中心提供.顯示，與1974-2004年相比，2005-2015年的年均降水量增加44.1 mm. 2000-2009年期間的年均降水量為395.9 mm. 2010-2015年，年均降水量持續(xù)增加，平均值為423.2 mm. 2012年7月累計降水量比多年同期均值增加50%左右，直接導(dǎo)致同年8月青海湖面積明顯擴(kuò)張. 與1987-2004年的年均蒸發(fā)量相比，2005-2015年的年均蒸發(fā)量減少了158.5 mm(圖5).

圖5 剛察站1974-2015年降水量及蒸發(fā)量的年際變化Fig.5 Variation of annual precipitation and evaporation at Gingham Station from 1974 to 2015

雖然已有研究指出人類活動耗水并非青海湖水位和面積變化的主導(dǎo)因素[7,11,28-29]，但政府近年來在青海湖流域?qū)嵤┑囊幌盗猩鷳B(tài)環(huán)境治理措施，包括：減少牲畜、退耕還草、植被恢復(fù)、人工增雨、河流治理等，都有利于入湖河流徑流量增加[26]，促使青海湖面積增加. 尤其是對布哈河等6條入湖河流近湖區(qū)200 km河道的清理，以及附近小型電站、水壩的拆除都會直接導(dǎo)致入湖河流徑流量增加. 布哈河口和沙柳河的水文監(jiān)測數(shù)據(jù)*數(shù)據(jù)由青海省水文水資源勘測局提供.顯示(圖6)，與1974-2004年相比，2005-2015年期間這兩條河流的平均年徑流量分別增加54.1%和39.0%,即3.91×108和0.99×108m3. 2009-2012年青海湖面積驟增，這期間剛察站年均降水量為401.9 mm，布哈河口和沙柳河的年均徑流量之和為17.45×108m3. 2004-2007年剛察站年均降水量為428.3 mm，略高于2009-2012年，同期這兩條河流的年均徑流量為13.26×108m3.

圖6 1974-2015年布哈河口和沙柳河徑流量的年際變化 Fig.6 Annual variation of runoff in Buha and Shaliu Rivers from 1974 to 2015

3 結(jié)論與討論

青海湖是青藏高原東北部的重要水汽源，其水面面積的變化與整個高原的氣候變化密切相關(guān). 近半個世紀(jì)以來，青藏高原氣候出現(xiàn)了由暖干向暖濕方向的轉(zhuǎn)型[31-33]，且暖濕化程度明顯[34-35]，青藏高原湖泊面積顯著擴(kuò)張[31,34,36-38]. 高原東北部降水量呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢[37]，位于這里的青海湖水面面積變化也響應(yīng)了這種變化趨勢. 1974-2004年青海湖水面面積減少了253.8 km2，約為1974年水面面積的5.67%. 長時期的少雨和蒸發(fā)量增加是導(dǎo)致1974-2004年其面積縮減的主要原因. 2004年以來，青海湖面積持續(xù)增加，其中2009-2012年面積增加了106.57 km2，之后增長趨緩，2016年8月面積為4367.18 km2. 這一時期青海湖面積持續(xù)增長，主要得益于該地區(qū)降水增多以及入湖河流徑流量的增加.

湖泊岸線時刻處于一種動態(tài)變化的過程中，利用遙感技術(shù)手段監(jiān)測青海湖面積，只能反映其瞬時水位. 但青海湖岸線的變化是相對簡單的，利用同一時期的遙感影像可以將其面積變化特點反映出來. 本研究表明利用30 m分辨率的遙感影像監(jiān)測青海湖面積，結(jié)果可靠，性價比較高，可以用于后續(xù)的青海湖水面面積的長期動態(tài)變化監(jiān)測. 本研究結(jié)合氣象和水文數(shù)據(jù)分析了近20余年青海湖面積變化的原因，發(fā)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工程的實施促進(jìn)了水面面積的增長，但對增長的程度以及時效有待參考其他資料進(jìn)行深入的分析.

青海湖面積變化與環(huán)湖區(qū)域生態(tài)環(huán)境密切相關(guān). 水面萎縮的過程中，砂質(zhì)區(qū)松散的砂礫逐漸裸露，使周圍的沙源增加，導(dǎo)致區(qū)域沙化面積不斷擴(kuò)大，周圍植被覆蓋狀況變差，鳥類棲息地環(huán)境受到一定程度的影響. 這種狀況在西岸的海西島、東岸的沙島、海晏灣等區(qū)域特別明顯，這些區(qū)域同時也是湖周邊主要旅游景區(qū)，受人類參觀活動的影響，即使在青海湖水面擴(kuò)張的過程中,其生態(tài)環(huán)境狀況改善也比較緩慢. 所以我們應(yīng)該有意識地加強(qiáng)這些區(qū)域的生態(tài)環(huán)境保護(hù)，盡量減少人為干涉，保護(hù)鳥類棲息環(huán)境.

[1] Lanzhou Institute of Geology, Chinese Academy of Sciences ed. Qinghai Lake comprehensive investigation report. Beijing: Science Press, 1979. [中國科學(xué)院蘭州地質(zhì)研究所. 青海湖綜合考察報告. 北京: 科學(xué)出版社, 1979.]

[2] Yin Daosheng. The position and value of Qinghai Lake in scientific research.QinghaiMeteorology, 1995, (2): 2-3. [尹道聲. 青海湖在科學(xué)研究中的地位與價值. 青海氣象, 1995, (2): 2-3.]

[3] Fan Jianhua, Shi Yafeng. On the impact of climate change on Qinghai Lake hydrological analysis of the past 30 years period.ScienceinChina:Chemistry, 1992, 22(5): 537-542. [范建華, 施雅風(fēng). 氣候變化對青海湖水情的影響——Ⅰ. 近30年時期的分析. 中國科學(xué): 化學(xué), 1992, 22(5): 537-542.]

[4] Feng Song, Tang Maocang, Zhou Lusheng. Level fluctuation in Qinghai Lake during the Last 600 Years.JLakeSci, 2000, 12(3): 205-210. DOI: 10.18307/2000.0303. [馮松, 湯懋蒼, 周陸生. 青海湖近600年的水位變化. 湖泊科學(xué), 2000, 12(3): 205-210.]

[5] Zhou Lihua, Chen Guichen, Peng Min. The impact of human activities on the water level of Qinghai Lake.JLakeSci, 1992, 4(3): 32-36.DOI: 10.18307/1992.0305. [周立華, 陳桂琛, 彭敏. 人類活動對青海湖水位下降的影響. 湖泊科學(xué), 1992, 4(3): 32-36.]

[6] Fan Jianhua, Shi Yafeng. On the impact of climate change on the Qinghai Lake water. Historical analysis and future research situation.ScienceinChina:Chemistry, 1992, 22(6): 657-662. [范建華, 施雅鳳. 氣候變化對青海湖水情的影響——Ⅱ. 歷史時期分析和未來情景研究. 中國科學(xué): 化學(xué), 1992, 22(6): 657-662.]

[7] Li Yan, Duan Shuiqiang, Jin Yongming. Analysis of features and causes of Qinghai Lake during the period of 1956-2011.YellowRiver, 2014, (6): 87-89. [李燕, 段水強(qiáng), 金永明. 1956-2011年青海湖變化特征及原因分析. 人民黃河, 2014, (6): 87-89.]

[8] Zhou Lusheng, Wang Qingchun. Analysis and forecast for interannual variation of the Qinghai Lake’s water level.PlateauMeteorology, 1996, (4): 478-484. [周陸生, 汪青春. 青海湖水位年際變化規(guī)律的分析和預(yù)測. 高原氣象, 1996, (4): 478-484.]

[9] Li Fengxia, Li Lin, Shen Fangetal. Evolution of lake shore shape of Qinghai Lake and its causes.ResourceScience, 2004, 26(1): 38-44. [李鳳霞, 李林, 沈芳等. 青海湖湖岸形態(tài)變化及成因分析. 資源科學(xué), 2004, 26(1): 38-44.]

[10] Peng Min, Chen Guichen, Zhou Lihua. Relationship between descending of Qinghai Lake level and human activities.ScientiaGeographicaSinica, 1994, 14(2): 127-135. [彭敏, 陳桂琛, 周立華. 青海湖水位下降與湖區(qū)人為耗水關(guān)系的研究. 地理科學(xué), 1994, 14(2): 127-135.]

[11] Guo Wu. Studies on changes in stage and evolution of ecological environment for the Qinghai Lake.JournalofAridLandResources&Environment, 1997, (2): 75-80. [郭武. 青海湖水位下降與湖區(qū)生態(tài)環(huán)境演變研究. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 1997, (2): 75-80.]

[12] Jia Yulian, Shi Yafeng, Fan Yunqi. Water balance of paleolake Qinghai and its precipitation estimation at three high lake-level stages since 40 kaBP.JLakeSci, 2000, 12(3): 211-218. DOI:10.18307/2000.0304. [賈玉連, 施雅風(fēng), 范云崎. 四萬年以來青海湖的三期高湖面及其降水量研究. 湖泊科學(xué), 2000, 12(3): 211-218.]

[13] Liu Ruixia, Liu Yujie. Area changes of Lake Qinghai in the latest 20 years based on remote sensing study.JLakeSci, 2008, 20(1): 135-138. DOI: 10.18307/2008.0121. [劉瑞霞, 劉玉潔. 近20年青海湖湖水面積變化遙感. 湖泊科學(xué), 2008, 20(1): 135-138.]

[14] Yin Qingjun, Yang Yinglian. Remote sensing monitoring of lake qinghai based on EOS/MODIS data.JLakeSci, 2005, 17(4): 356-360.DOI: 10.18307/2005.0413. [殷青軍, 楊英蓮. 基于EOS/MODIS數(shù)據(jù)的青海湖遙感監(jiān)測. 湖泊科學(xué), 2005, 17(4): 356-360.]

[15] Li Xiaodong, Xiao Jianshe, Li Fengxiaetal. Remote sensing monitoring of the Qinghai Lake based on EOS/MODIS Data in recent 10 years.JournalofNaturalResources, 2012, 27(11): 1962-1970. [李曉東, 肖建設(shè), 李鳳霞等. 基于EOS/MODIS數(shù)據(jù)的近10a青海湖遙感監(jiān)測. 自然資源學(xué)報, 2012, 27(11): 1962-1970.]

[16] Shen Fang, Kuang Dingbo. Remote sensing investigation and survey of Qinghai Lake in the past 25 years.JLakeSci, 2003, 15(4): 289-296. DOI: 10.18307/2003.0401. [沈芳, 匡定波. 青海湖最近25年變化的遙感調(diào)查與研究. 湖泊科學(xué), 2003, 15(4): 289-296.]

[17] Liu Baokang, Wei Xuli, Du Yu’eetal. Dynamics of Qinghai Lake area based on environmental mitigation satellite data.PrataculturalScience, 2013, 30(2): 178-184. [劉寶康, 衛(wèi)旭麗, 杜玉娥等. 基于環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的青海湖面積動態(tài). 草業(yè)科學(xué), 2013, 30(2): 178-184.]

[18] Feng Zhongkui, Li Xiaohui. Remote sensing monitoring study for water area change and lakeshore evolution of Qinghai Lake in last 20 years.JournalofPalaeogeography, 2006, 8(1): 131-141. [馮鐘葵, 李曉輝. 青海湖近20年水域變化及湖岸演變遙感監(jiān)測研究. 古地理學(xué)報, 2006, 8(1): 131-141.]

[19] Sun Jianchu. Qinghai Lake.GeologyReview, 1938, 3(5): 507-512. [孫健初. 青海湖. 地質(zhì)論評, 1938, 3(5): 507-512.]

[20] Water Resources Department of Qinghai Province, Bureau of Statistics of Qinghai Province. The communiqué of first Water Resources Census of Qinghai Province. Qinghai Daily, 2013.05.28. [青海省水利廳, 青海省統(tǒng)計局. 青海省第一次水利普查公報. 青海日報, 2013.05.28.]

[21] Zhu Yan, Cui Guangbo, Yang Jue. Causes of shrinking and drying up of Qinghaihu Lake, trend of development and its impact on ecological environment.JournalofHohaiUniversity:NaturalSciences, 2001, 29(4): 104-108. [朱琰, 崔廣柏, 楊玨. 青海湖萎縮干涸原因、發(fā)展趨勢及對生態(tài)環(huán)境的影響. 河海大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版, 2001, 29(4): 104-108.]

[22] Qinghai Province Water Resources Committee Office ed. Rivers of Qinghai. Xining: Qinghai people’s Publishing House, 1995: 125-139. [青海省水利志編委會辦公室. 青海河流. 西寧: 青海人民出版社, 1995: 125-139.]

[23] Li Fengxia, Fu Yang, Yang Qiongetal. Climate change and its environmental effects in the surrounding area of Qinghai Lake.ResourcesScience, 2008, 30(3): 348-353. [李鳳霞, 伏洋, 楊瓊等. 環(huán)青海湖地區(qū)氣候變化及其環(huán)境效應(yīng). 資源科學(xué), 2008, 30(3): 348-353.]

[24] Shao Yuhong, Zhang Zhanfeng. Climate change over the past 40 years in the Qinghai Lake region.QinghaiMeteorology, 2001, (1): 22-25. [邵玉紅, 張占峰. 青海湖地區(qū)40多年來的氣候變化. 青海氣象, 2001, (1): 22-25.]

[25] Liu Xiaoyuan. Analysis on the change trend of water level of Qinghai Lake.AridZoneResearch, 2001, 18(3): 58-62. [劉小園. 青海湖水位變化趨勢分析. 干旱區(qū)研究, 2001, 18(3): 58-62.]

[26] Liu Weidong. The ecological environment protection and comprehensive governance project in the Qinghai Lake basin has been obtained notable results. http:∥www.forestry.gov.cn/portal/main/s/102/content-628857.html. [劉維棟. 青海湖流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)與綜合治理工程成效明顯. http:∥www.forestry.gov.cn/portal/main/s/102/content-628857.html.]

[27] Zhang Jianqing, Pan Li, Wang Shugen eds. Photogrammetry. Wuhan: Wuhan University Press, 2003. [張劍清, 潘勵, 王樹根. 攝影測量學(xué). 武漢： 武漢大學(xué)出版社, 2003.]

[28] Jin Zhangdong, Zhang Fei, Wang Honglietal. The reasons of rising water level in Lake Qinghai since 2005.JournalofEarthEnvironment, 2013, (3): 1355-1362. [金章東, 張飛, 王紅麗等. 2005年以來青海湖水位持續(xù)回升的原因分析. 地球環(huán)境學(xué)報, 2013, (3): 1355-1362.]

[29] Li Lin, Zhu Xide, Wang Zhenyuetal. Impacting factors and changing tendency of water level in Qinghai Lake in recent 42 years.JournalofDesertResearch, 2005, 25(5): 689-696. [李林, 朱西德, 王振宇等. 近42 a來青海湖水位變化的影響因子及其趨勢預(yù)測. 中國沙漠, 2005, 25(5): 689-696.]

[30] Chen Liang, Chen Kelong, Liu Baokangetal. Characteristics of climate variation in Qinghai Lake basin during the recent 50 years.JournalofAridMeteorology, 29(4): 483-487. [陳亮, 陳克龍, 劉寶康等. 近50a青海湖流域氣候變化特征分析. 干旱氣象, 2011, 29(4): 483-487.]

[31] Yan Lijuan, Zheng Mianping, Wei Lejun. Change of the lakes in Tibetan Plateau and its response to climate in the past forty years.EarthScienceFrontiers, 2016, 23(4): 310-323. [閆立娟, 鄭綿平, 魏樂軍. 近40年來青藏高原湖泊變遷及其對氣候變化的響應(yīng). 地學(xué)前緣, 2016, 23(4): 310-323.]

[32] Santos MCGD, Freire CMA. Climate change impacts on forests. In Climate change 1995: impacts, adaptations and mitigation of climate change, Contribution of Working.Matéria, 2013, 18: 1576-1586.

[33] Thornes JE. IPCC, 2001: Climate change 2001: impacts, adaptation and vulnerability, Contribution of Working Group II to the Third Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, edited by J. J. McCarthy, O. F. Canziani, N. A. Leary, D. J. Dokken and K. S. White Cambridge University Press, Cambridge, UK, and New York, USA, 2001. No. of pages: 1032. Price: ￡34.95, ISBN 0-521-01500-6 (paperback), ISBN 0-521-80768-9 (hardback).InternationalJournalofClimatology, 2002, 22(10):1285-1286.

[34] Dong Siyang, Xue Xian, You Quangangetal. Remote sensing monitoring of the lake area changes in the Qinghai-Tibet Plateau in recent 40 years.JLakeSci, 2014, 26(4): 535-544. DOI: 10.18307/2014.0407. [董斯揚(yáng), 薛嫻, 尤全剛等. 近40年青藏高原湖泊面積變化遙感分析. 湖泊科學(xué), 2014, 26(4): 535-544.]

[35] Zheng MP, Qi W, Jiang XFetal. Trend of salt lake changes in the background of global warming and tactics for adaptation to the changes.ActaGeologicaSinica:EnglishEdition, 2004, 78(3): 795-807.

[36] Sun F, Zhao Y, Gong Petal. Monitoring dynamic changes of global land cover types:fluctuations of major lakes in China every 8 days during 2000-2010.ScienceBulletin, 2014, 59(2): 171-189.

[37] Wan W, Xiao P, Feng Xetal. Monitoring lake changes of Qinghai-Tibetan Plateau over the past 30 years using satellite remote sensing data.ScienceBulletin, 2014, 59(10): 1021-1035.

[38] Che Xianghong, Feng Min, Jiang Haoetal. Detection and analysis of Qinghai-Tibet Plateau lake area from 2000 to 2013.JournalofGeo-InformationScience, 2015, 17(1): 99-107. [車向紅, 馮敏, 姜浩等. 2000-2013年青藏高原湖泊面積MODIS遙感監(jiān)測分析. 地球信息科學(xué)學(xué)報, 2015, 17(1): 99-107.]

Monitoring of water surface area in Lake Qinghai from 1974 to 2016

LUO Chengfeng1, XU Changjun2, CAO Yinxuan1& TONG Lixia1

(1:ChineseAcademyofSurveyingandMapping,Beijing100830,P.R.China)(2:GeomaticsTechnologyandApplicationKeyLaboratoryofQinghaiProvince,Xining810001,P.R.China)

Lake Qinghai, the biggest inland lake and biggest saltwater lake in China, lies in the north-eastern part of the Qinghai Tibet Plateau. The lake is also an important vapour source for the special region. The dynamic variation of its water surface is a response of climate and environment around. In this study the long-time variation of Lake Qinghai was explored from time and space perspectives, based on the shoreline information which was extracted manually with moderate-high spatial resolution remote sensing imagery. The results showed that, as a whole the Lake Qinghai’s area decreased from 1974 to 2004 and then increased till 2016. In 2004 the area was smallest, 4223.73 km2, smaller by 253.80 km2than that in 1974. From 1974 to 1987 the water surface shrank sharply. While the variation range was relatively modest with mean value of 6.85 km2during the period from 2000 to 2009. During the last 7 years, the water surface increased by 128.27 km2. In 2012, there was a sharp expansion with 65.12 km2larger than previous year; moreover the annual variation reached maximum, 59.18 km2. The shoreline of Sand island, which lies in the east coast, varied significantly during the past few decades. From 1974 to 2004 the maximum back distance from the coastline was 4.59 km, and the value of annual variation was 0.39 km in 2012. The increase of precipitation in Lake Qinghai region, and the enlarging inflow runoff, which benefited directly from local ecological environment control measures implemented by government, are two important reasons to make the lake expanding in the last two decades.

Lake Qinghai; water surface area; remote sensing monitoring

DOI 10.18307/2017.0523

中國測繪科學(xué)研究院基本科研業(yè)務(wù)項目(7771512)資助. 2016-10-31收稿；2017-01-07收修改稿. 駱成鳳(1976～)，女，博士，副研究員； E-mail： chfluo@casm.ac.cn.