基于cbesccd和landsamem數(shù)據(jù)的中國自然湖泊分布研究

基于cbesccd和landsamem數(shù)據(jù)的中國自然湖泊分布研究

湖泊作為地球水圈的重要組成部分，參與自然界的水循環(huán)。湖泊對氣候變化非常敏感，同時是流域物質(zhì)的儲存庫，能夠準確記錄不同湖泊時間的氣候變化和人類活動信息。這是世界氣候變化與區(qū)域反應(yīng)密切相關(guān)的重要信息載體。湖泊作為一個與人類生存和發(fā)展密切相關(guān)的重要自然資源，它調(diào)節(jié)了河流的流量，改善了生態(tài)環(huán)境，提供了水源，灌溉了耕地，促進了水生動植物的繁殖，保護了生物多樣性和旅游功能。此外，鹽湖還富含豐富的天然鹽、天然堿、芒硝、硼、鉀和其他鹽礦資源。因此，該湖在維護區(qū)域食品、生態(tài)和環(huán)境安全方面發(fā)揮著特殊的作用。我國的湖泊數(shù)量眾多、類型多樣、資源豐富、開發(fā)歷史悠久,作為國土資源的重要組成部分,我國對湖泊的保護與發(fā)展一直非常重視.自20世紀60年代始,我們陸續(xù)對全國范圍內(nèi)的湖泊資源實施調(diào)查,至20世紀80年代基本結(jié)束,稱之為第一次全國湖泊調(diào)查;結(jié)果表明,我國共有面積大于1.0km2的湖泊2928個,總面積91019.6km2.然而,隨著我國社會經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展,在長期開發(fā)利用湖泊資源的過程中,由于忽視對湖泊的有效保護和管理,致使湖泊不斷消亡,面積持續(xù)萎縮,湖泊資源過度利用湖泊功能大大削弱,不同程度上制約了區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展的可持續(xù)發(fā)展.為了摸清數(shù)十年來我國湖泊的變化與現(xiàn)狀,為我國湖泊資源的合理利用、環(huán)境保護與生態(tài)修復,提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐,在國家科技基礎(chǔ)性工作專項“中國湖泊水質(zhì)、水量與生物資源調(diào)查”的支持下,我們進行了以東部平原與東北平原和山地湖區(qū)為主體、兼顧云貴、蒙新和青藏高原的第二次湖泊調(diào)查.本次調(diào)查以2005~2006年為調(diào)查基期,通過遙感判譯、野外考察、室內(nèi)校正、專家咨詢、數(shù)據(jù)校正、成果確定等技術(shù)環(huán)節(jié),獲得了全國最新的湖泊數(shù)量、面積和空間分布狀況.1數(shù)據(jù)和方法1.1湖泊的發(fā)現(xiàn)情況湖泊(自然湖泊):陸地上的盆地或洼地積水形成的﹑有一定水域面積﹑換水較為緩慢的水體.湖泊稱呼不一,多用方言,別稱主要有陂、澤、池、海、泡、蕩、淀、泊、淖、錯和諾爾等.湖泊水邊線:湖泊水面與陸地的交接線,又稱湖岸線.湖泊邊界:一般指多年平均水位時的湖泊水邊線,因?qū)嶋H不具備可操作性,本次調(diào)查給出特定的確定原則,見“1.3湖泊邊界遙感判譯原則”.新生湖泊:在第一次全國湖泊調(diào)查時客觀上不存在、后期經(jīng)地表變化而發(fā)育形成的、符合本次調(diào)查條件的湖泊.其判斷標準是:《中國湖泊志》和《中國湖泊名稱代碼(SL261-98)》以及1:25萬地形圖(2000年版)等資料中沒有收錄,而1:10萬地形圖(1964年版)中記載原位置是陸地或濕地等非湖泊水體,經(jīng)多期衛(wèi)星遙感影像和實地調(diào)查,確實存在的符合本次調(diào)查條件的湖泊.新發(fā)現(xiàn)湖泊:在第一次全國湖泊調(diào)查時遺漏的或沒有發(fā)現(xiàn)的、但客觀上一直存在且符合本次調(diào)查條件的湖泊.其判斷標準是:《中國湖泊志》、《中國湖泊名稱代碼(SL261-98)》以及1:25萬地形圖(2000年版)等資料中沒有收錄,而1:10萬地形圖(1964年版)或其他更為詳細的資料中記載原位置有湖泊存在,經(jīng)多期衛(wèi)星遙感影像和實地調(diào)查,確實存在的符合本次調(diào)查條件的湖泊.消失湖泊:在第一次全國湖泊調(diào)查時客觀存在,按照本次調(diào)查的條件,已經(jīng)不存在的湖泊.其判斷標準是:《中國湖泊志》和《中國湖泊名稱代碼(SL261-98)》等資料中有記錄,1:10萬地形圖(1964年版)或其他更為詳細的資料中記載原位置確實有湖泊存在,經(jīng)多期衛(wèi)星遙感影像確認已經(jīng)完全干涸無湖泊痕跡、或尚有湖泊邊界但已經(jīng)圍墾掉,或者因其他原因而消失.1.2青海湖及蒙新湖區(qū)中國地域?qū)拸V,階梯狀大地貌特征明顯,氣候特點各異,自然環(huán)境區(qū)域分異鮮明,湖泊的形成、演化和資源賦存等諸方面都呈現(xiàn)出與自然環(huán)境相應(yīng)的區(qū)域特色.根據(jù)湖泊分布、成因、水環(huán)境、資源賦存和水文特征,結(jié)合中國西高東低的大地貌特征和南濕北干的氣候條件,同時考慮便于統(tǒng)計的中國行政分區(qū),把中國湖泊劃分為5大湖區(qū):(1)青藏高原湖區(qū)(包括青海和西藏),(2)蒙新湖區(qū)或稱西北干旱區(qū)湖區(qū)(包括內(nèi)蒙古、新疆、甘肅、寧夏、陜西、山西),(3)云貴高原湖區(qū)(包括云南、貴州、四川、重慶),(4)東北平原與山地湖區(qū)(包括遼寧、吉林、黑龍江),(5)東部平原湖區(qū)(包括江西、湖南、湖北、安徽、河南、江蘇、上海、山東、河北、北京、天津、浙江、臺灣、香港、澳門、海南、福建、廣東、廣西).青藏高原湖區(qū)和蒙新湖區(qū)基本屬于內(nèi)流區(qū),在干旱半干旱氣候條件下,湖泊表現(xiàn)為封閉的咸水湖或鹽湖.云貴高原、東北平原與山地以及東部平原三大湖區(qū),地處亞洲季風氣候區(qū),屬外流區(qū);降水較豐沛,湖泊表現(xiàn)為外流的淡水湖.五大湖區(qū)的劃分突出了我國大地貌和氣候的特點,同時也反映出湖泊屬性的區(qū)域特色.需要說明的是,青藏高原湖區(qū)界線與青藏高原的自然界線存在一些差別,蒙新湖區(qū)的范圍包含了黃土高原;因內(nèi)蒙的東部劃歸蒙新湖區(qū),東北平原與山地湖區(qū)比習慣上的范圍要小;云貴高原包含了四川和重慶.1.3海洋邊界遙感解釋原則在湖泊邊界判譯時,首先遵循一般原則,不同區(qū)域存在特殊情況時,再遵照各湖區(qū)的次級原則.2一般原則2蒙新湖區(qū)的二級原則2青藏高原二級原則2東北平原和山地海岸的分類原則2東原平湖二級原則云貴高原湖區(qū)次級原則.不具備湖堤等顯著特征的,以豐水期的水邊線作為湖泊邊界.1.4影像獲取和分類使用的數(shù)據(jù)主要是衛(wèi)星遙感影像和地形圖,另外還包括一些歷史文獻資料等;其中衛(wèi)星遙感影像主要用于湖泊邊界的提取、湖泊存在及其數(shù)量的核對等,地形圖主要用于控制圖層的制作、衛(wèi)星遙感影像的校正以及湖泊存在與否的判斷與核實等,其它資料主要用于湖泊存在與否的判斷與核實.衛(wèi)星遙感影像的選取滿足以下原則:(1)單景影像的平均云量小于20%,湖泊上空無云覆蓋,但對于那些受人為干擾影響比較小、不易發(fā)生變化的區(qū)域,可適當放寬,只要云量滿足整幅圖像質(zhì)量的要求即可;(2)衛(wèi)星遙感資料獲取之前,無較大的異常強降雨或干旱;(3)以空間分辨率20~30m左右的衛(wèi)星影像(如CBERSCCD,LandsatTM/ETM)為主,其他更高分辨率的衛(wèi)星影像為輔;(4)影像獲取的時間為2005~2006年,其中東部平原湖區(qū)至少2個時相(3~4月、9~11月各1個)、東北平原與山地湖區(qū)至少2個時相(5~6月、8~9月各1個)、蒙新高原湖區(qū)至少2個時相(4~5月、8~9月各1個)、青藏高原湖區(qū)至少2個(4~5月、8~9月各1個)、云貴高原地區(qū)至少1個時相(8~10月),個別地區(qū)(如云貴高原的部分地區(qū))受云層的影響較大,在2005~2006年的時間內(nèi),不能獲得規(guī)定月份的影像數(shù)據(jù),則推至2004或2007年.根據(jù)上述原則,收集整理了全國2005~2006年至少2個時相(豐水期和枯水期各1個時相)、個別湖區(qū)或湖泊2004~2008年3~10個時相的CBERS衛(wèi)星遙感影像共計10494景/幅,合計數(shù)據(jù)量923.3GB;另外收集了全國湖區(qū)1999~2000年至少1個時相、個別湖區(qū)或湖泊2~6個時相的LandsatTM/ETM衛(wèi)星遙感影像共計510景/幅,合計數(shù)據(jù)量162.0GB.收集整理了全國20世紀60~80年代紙質(zhì)地形圖共計6843幅(其中1:10萬3946幅、1:5萬2897幅),合計數(shù)據(jù)量712.6GB;另外收集了2000年版全國1:25萬電子地形圖中的水體圖層數(shù)據(jù)(河流、湖泊、水庫等),合計數(shù)據(jù)量5.4GB.另外,在遙感判譯的過程中,還參照使用了GoogleEarth數(shù)據(jù)、部分水文氣象數(shù)據(jù)以及大量的歷史文獻資料數(shù)據(jù),如《中國湖泊志》、《中國湖泊代碼本》、《中國湖泊資源》、《中國湖泊水資源》、《青藏高原鹽湖》、《內(nèi)蒙古鹽湖》、《新疆鹽湖》和《柴達木盆地鹽湖》等.1.5校正非正射校正方法如圖1所示.地形圖選擇北京1954坐標系、6度帶高斯-克呂格橫軸等角切圓柱投影.西藏地區(qū)經(jīng)緯度控制點按1:10萬國家基礎(chǔ)地形圖分幅標準(經(jīng)30′×緯20′)進行設(shè)計,方里網(wǎng)控制點按2km×2km進行設(shè)計;全國其他地區(qū)經(jīng)緯度控制點按1:5萬國家基礎(chǔ)地形圖分幅標準(經(jīng)15′×緯10′)進行設(shè)計,方里網(wǎng)控制點按1km×1km進行設(shè)計.經(jīng)緯網(wǎng)和方里網(wǎng)共同構(gòu)成一級控制點,用于地形圖的幾何糾正,形成二級控制點地形圖,然后轉(zhuǎn)為Albers正軸等面積雙標準緯線割圓錐投影(中央經(jīng)線105°E,南標準緯線南25°S,北標準緯線北緯47°,北京1954坐標系).以此為基礎(chǔ),采用Image-to-map或者Image-to-image的糾正方法,對衛(wèi)星遙感影像實施幾何校正(未進行正射校正),西藏高原湖區(qū)和云貴高原湖區(qū)校正的均方根誤差在1.5個像元之內(nèi),其他湖區(qū)校正的均方根誤差在1個像元之內(nèi).然后通過衛(wèi)星遙感影像,借助地形圖,逐一核實《中國湖泊志》和《中國湖泊名稱代碼》中記錄的湖泊,填寫第一張湖泊核定記錄表;對于那些有疑問的湖泊,查閱歷史資料,借助歷史時期的衛(wèi)星遙感影像和地形圖,通過實地調(diào)查、當?shù)貙＜以L談等形式進行確認,填寫第二張湖泊核定記錄表;對于那些仍舊存在疑問的湖區(qū),召開湖泊專家研討會,第三次填寫湖泊核定記錄表,給出權(quán)威性結(jié)論,然后報請本次調(diào)查設(shè)立的湖泊專家委員會認可.最后通過衛(wèi)星遙感影像對其它區(qū)域進行逐一排查,根據(jù)新發(fā)現(xiàn)湖泊和新生湖泊的判斷準則,確定新發(fā)現(xiàn)湖泊和新生湖泊,報請本次調(diào)查設(shè)立的湖泊專家委員會認可,獲得最終的湖泊數(shù)量.然后通過ArcView或ArcGIS軟件,逐一提取這些湖泊的枯水期和豐水期水邊線,并根據(jù)湖泊邊界的遙感判譯原則,初步確定湖泊邊界,帶著邊界確定的具體問題,進行實地考察,修正初步成果,然后召開湖泊專家研討會,再次修正,部分通過面積-水位曲線校正,最終確定湖泊邊界,提取湖泊面積,并按照《中國湖泊衛(wèi)星遙感調(diào)查技術(shù)規(guī)程》填寫包括湖泊名稱、數(shù)據(jù)來源等共計50項的屬性數(shù)據(jù).2結(jié)果2.1湖泊生物多樣性分析目前,中國境內(nèi)(包括香港、澳門和臺灣)共有1.0km2以上的自然湖泊2693個,總面積81414.6km2,約占全國國土面積的0.9%,分別分布在除海南、福建、廣西、重慶、香港、澳門外的28個省(自治區(qū)、直轄市)(圖2);其中大于1000km2的特大型湖泊有10個(平均2271.2km2/個),分別為色林錯、納木錯、青海湖、博斯騰湖、興凱湖、鄱陽湖、洞庭湖、太湖、洪澤湖、呼倫湖;面積在1.0~10.0,10.0~50.0,50.0~100.0,100.0~500.0和500.0~1000.0km2的湖泊分別有2000個(平均3.2km2/個)、456個(平均22.6km2/個)、101個(平均71.7km2/個)、109個(平均210.9km2/個)和17個(平均694.6km2/個)(表1);湖泊的數(shù)量和面積并非成正比(圖3).擁有湖泊數(shù)量最多的3個省份是西藏自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)和黑龍江省,分別為833個、395個和243個,分布約占全國湖泊總數(shù)量的30.9%,14.7%和9.0%.擁有湖泊面積最大的3個省份是西藏自治區(qū)、青海省和江蘇省,分別為28616.9,13214.9和6372.9km2,分布約占全國的35.1%,16.2%和7.8%.湖泊擁有率(=湖泊總面積/本省國土面積×100%)最高的3個省份分別是江蘇省(6.4%)、安徽省(2.6%)和江西省(2.4%),排在4~10位的分別是西藏自治區(qū)、青海省、湖南省、湖北省、上海市、吉林省、山東省.全國最大的3個湖泊分別是青海湖、鄱陽湖和洞庭湖,太湖和呼倫湖分列第4和第5位,其中青海湖和呼倫湖屬于咸水湖,其他3個屬于淡水湖.最大的咸水湖是青海湖,最大的淡水湖是鄱陽湖.擁有湖泊數(shù)量和面積最多的湖區(qū)是青藏高原湖區(qū),共1055個,合計面積41831.7km2,分別占全國湖泊總數(shù)量和總面積的39.2%和51.4%,其中大于10.0km2的389個,合計面積39603.7km2;其次是東部平原湖區(qū),共634個,合計面積21053.1km2,分別占全國湖泊總數(shù)量和總面積的23.5%和25.9%,其中大于10.0km2的138個,合計面積19412.0km2;然后依次是蒙新高原湖區(qū)(共514個,合計12589.9km2,其中大于10km2的88個,面積11307.7km2)、東北平原與山區(qū)湖區(qū)(共425個,合計4699.7km2,其中大于10km2的65個,面積3623.5km2),最少的是云貴高原湖區(qū),僅65個,合計面積1240.3km2,分別僅占全國湖泊總數(shù)量和總面積的2.4%和1.5%,其中大于10km2的13個,面積1103.3km2.擁有湖泊數(shù)量最多的3個一級流域是西北諸河流域(1072個)、長江流域(648個)和松花江流域(504個),分別占全國湖泊總數(shù)量的39.8%、24.1%和18.7%,然后依次是西南諸河流域(172個)、黃河流域(135個)、淮河流域(70個)、遼河流域(60個)、海河流域(11個)、東南諸河流域(11個)和珠江流域(10個).按照擁有的湖泊面積從大到小排序,分別是西北諸河流域、長江流域、松花江流域、淮河流域、西南諸河流域、黃河流域、珠江流域、遼河流域、海河流域和東南諸河流域,分別占全國湖泊總面積的54.8%,21.2%,9.8%,6.0%,4.3%,3.0%,0.4%,0.3%,0.2%和0.1%(流域界線見圖2).近30年來,全國新生面積在1.0km2以上的湖泊60個(表2),其中西藏22個、青海8個、內(nèi)蒙古22個、新疆5個、四川1個、甘肅1個、吉林1個,主要位于冰川末梢、山間洼地、河谷濕地.西藏和內(nèi)蒙的新生湖泊均約占全國的36.7%,分別位列第1和第2位.四川省的1個新生湖泊是唐家山堰塞湖,由汶川大地震引起的山體滑坡,阻塞岷江而形成.另外,同第一次湖泊調(diào)查相比,本次調(diào)查新發(fā)現(xiàn)面積在1.0km2以上的湖泊131個(表3),其中西藏67個、黑龍江15個、青海6個、內(nèi)蒙古31個、吉林2個、新疆1個、寧夏2個、云南4個、四川2個和河南1個;西藏的新發(fā)現(xiàn)湖泊約占全國的51.1%.更為值得關(guān)注的是,有243個面積在1.0km2以上的湖泊消失(其中自然干涸的約占40%),其中新疆62個(包括完全干涸的干鹽湖)、湖北55個、內(nèi)蒙古59個、江蘇11個、安徽10個、江西10個、河北9個、湖南9個、陜西4個、西藏3個、黑龍江3個、浙江2個、青海2個、山東1個、上海1個、寧夏1個和吉林1個.243個消失湖泊中,10.0km2以下的湖泊147個,10.0~100.0km2的48個,100.0~500.0km2的4個(新疆的曲曲克蘇湖、青格力克湖、加依多拜湖和烏尊布拉克湖),1000.0km2以上的1個(新疆的羅布泊,原面積5500.0km2),《中國湖泊志》和《中國湖泊名稱代碼》中均未有面積記錄的43個.其中因圍墾而消失的湖泊101個,約占消失湖泊總量的42.0%,均分布在東部平原湖區(qū)(安徽省10個、河北省8個、湖北省55個、湖南省9個、江蘇省8個、江西省8個、上海市1個、浙江省2個).2.2湖泊分布的區(qū)域湖泊的形成與演變以及湖泊的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)和生物特征,均受區(qū)域自然地理環(huán)境的制約.我國疆域遼闊,經(jīng)緯兩個方向的生物地理環(huán)境變化顯著,區(qū)域自然地理的特色鮮明,導致湖泊的空間分布也呈現(xiàn)出一些顯著的區(qū)域特點.湖泊分布廣泛,但相對集中(圖2).面積大于1.0km2的2693個湖泊分布在我國除福建、廣西、海南、重慶、香港和澳門外的28個省(自治區(qū)、直轄市)內(nèi);福建、廣西、海南和重慶雖無面積大于1.0km2的湖泊,但分布有小于1.0km2的湖泊.另外,從濕熱多雨的寶島臺灣島到干燥寒冷的塞北草原,從東部的濱海平原到有世界屋脊之稱的青藏高原,都有湖泊的分布,甚至連干旱少雨或終年無雨、極度干旱的巴丹吉林、騰格里、毛烏素等沙漠腹地,也不乏有湖泊存在.然而,我國湖泊的區(qū)域分布極不均衡.東部湖區(qū)和青藏湖區(qū)合計共有湖泊1689個,面積62884.8km2,分別占全國湖泊總數(shù)量和總面積的62.7%和77.2%,是我國湖泊分布最為集中的區(qū)域,形成了東、西遙遙相對的兩大稠密湖群;江淮中下游更是水網(wǎng)密集,大小湖蕩星羅棋布,呈現(xiàn)一派“水鄉(xiāng)澤國”的自然景觀.東北、蒙新、云貴等3個湖區(qū)合計僅有湖泊1004個,面積18529.8km2,分別占全國湖泊總數(shù)量和總面積的37.3%及22.8%;尤其是云貴湖區(qū),是全國諸湖泊分布區(qū)中湖泊數(shù)量和面積最為稀少的一個湖泊分布區(qū).湖泊類型多樣,地帶性鮮明.我國具有世界上海撥最高的湖泊(青藏高原湖泊),也有位于海平面以下的湖泊(如艾丁湖);既有大量的淺水湖泊,也有諸多的深水湖泊;既有淡水湖,也有咸水湖和鹽湖;既有吞吐湖,也有閉流湖;另外,從成因的角度看,構(gòu)造湖、火山口湖、堰塞湖、冰川湖、巖溶湖、風成湖、合成湖以及海成湖等均有分布.大興安嶺西麓-內(nèi)蒙古高原南緣-陰山山脈-賀蘭山-祁連山-日月山-巴顏喀拉山-念青唐古拉山-岡底斯山一線成為我國內(nèi)外流的分界線.此線以東,除松嫩平原、鄂爾多斯高原以及雅魯藏布江南側(cè)羊卓雍錯、空母錯等地區(qū)有面積不大的內(nèi)陸流域區(qū)外,全都屬于外流區(qū);此線以西,除了額爾齊斯河流入北冰洋外,基本上都屬于內(nèi)流區(qū).外流區(qū)的湖泊,降水充沛,水系發(fā)達,礦化度低,以淡水吞吐型湖泊為主;內(nèi)流區(qū)的湖泊,氣候干旱,水系不發(fā)育,補給水量小,豐枯季變化明顯,礦化度高,以咸水湖和鹽湖為主.3湖泊的消失或面積大,或僅有邊界條件時,湖泊(1)目前,全國共有1.0km2以上的自然湖泊2693個,分布在除海南、福建、廣西、重慶、香港、澳門外的28個省(自治區(qū)、直轄市),總面積81414.6km2,約占全國國土面積的0.9%;其中面積在1.0~10.0km2的2000個、10.0~50.0km2的456個、50.0~100.0km2的101個、100.0~500.0km2的109個、500.0~1000.0km2的17個、大于1000.0km2的10個.(2)擁有湖泊數(shù)量最多的3個省份是西藏自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)和黑龍江省;湖泊擁有率最高的3個省份分別是江蘇省、安徽省和江西省;全國最大的咸水湖是青海湖,最大的淡水湖是鄱陽湖,最大的堰塞湖是鏡泊湖;擁有湖泊數(shù)量最多和面積最大的湖區(qū)均是青藏高原湖區(qū),分別占全國湖泊總數(shù)量和總面積的39.2%和51.4%;擁有湖泊數(shù)量最多的3個一級流域是西北諸河流域、長江流域和松花江流域,同時也是湖泊面積最大的3個一級流域.(3)近30年來,全國新生面積大于1.0km2的湖泊60個,新發(fā)現(xiàn)面積大于1.0km2的湖泊131個,原面積大于1.0km2的湖泊消失243個.(1)有堤防控制(包括人工堤和自然堤)或已經(jīng)明確規(guī)劃堤線的湖泊,以堤防(包括人工堤和自然堤)的內(nèi)邊界作為湖泊邊界.河口處,根據(jù)湖泊形狀,與湖岸線自然延伸連接.(2)新生湖泊和新發(fā)現(xiàn)湖泊做到既尊重客觀事實和數(shù)據(jù)、又慎重處理的原則,應(yīng)用多期衛(wèi)星遙感那影像判定.(3)消失的湖泊,要結(jié)合地形圖,利用多期影像進行驗證和確認.(4)豐水期與枯水期的湖泊水邊線、島嶼、灘地、圍墾、湖盆等需要分別確定,同時注明影像成像日期.(5)水體被灘地分割的湖泊,如果灘地四周被水體包圍,灘地算作湖泊范圍.(6)湖泊邊界提取時,盡量注明水位高程;同時結(jié)合水文氣象資料,如前后有異常降水等氣候背景,加以標注.(7)重點湖泊的邊界確定,需要引進已有