青藏高原近25年來河流、湖泊分布的變遷

青藏高原近25年來河流、湖泊分布的變遷

青藏高原位于亞洲大陸的中部，被稱為“世界屋脊”和“地球極三極”。青藏高原水系發(fā)育、湖泊眾多,既是中國乃至東亞地區(qū)大江大河的發(fā)源地,又是中國湖泊分布最密集的地區(qū)。對青藏高原河流、湖泊的地質調查已開展過多次,取得了很多資料。但是,青藏高原高寒缺氧,自然環(huán)境惡劣,交通條件很差,給地質調查工作帶來很大困難,很多地點因人無法到達而影響了調查的精度。而遙感地質調查則不受上述條件的限制,以不同時相的ETM+、MSS遙感數據為信息源,在厘定遙感解譯標志的基礎上,分別解譯主要河流和湖泊,判別主要河流和湖泊的屬性特征、在不同時期的分布范圍及其變遷等,是一種實用、快速、有效的方法。筆者利用青藏高原近25年來的ETM+和MSS衛(wèi)星遙感數據,采用現代遙感圖像處理技術,對青藏高原的湖泊、河流進行了遙感現狀調查和變遷趨勢、影響因素研究。通過遙感解譯,并進行綜合研究和分析,初步查明了青藏高原近25年來河流、湖泊的分布和變遷狀況,探討了影響河流、湖泊變遷的主要原因?，F簡要報道如下。1圖像數據的特征處理筆者使用的遙感信息源是由中國國土資源航空物探遙感中心提供的1∶25萬分幅的ETM+和MSS圖像。工作區(qū)的地理坐標為北緯26°00′~40°00′、東經73°30′~105°00′,涉及1∶25萬圖幅共計217幅。其中,MSS圖像的時相為20世紀70年代中期,ETM+圖像的時相為20世紀90年代末期或21世紀初期,兩者的時相平均間距約為25年。1∶25萬ETM+、MSS圖像大多數可滿足河流、湖泊解譯的需求。筆者僅對部分圖像進行了邊緣增強處理(圖1)(圖中公里網格內的面積為10km×10km,下同)和求反處理(圖2)(圓圈內為變化明顯處,下同)。圖像增強是根據圖像數據的特征參數,結合顯示介質和人視覺系統(tǒng)的特征,選擇一種從記錄圖像到增強圖像的變換,從而起到突出圖像的某些特征參數的作用。圖像增強的目的是突出圖像的有用信息,擴大不同影像特征之間的差別,以提高圖像的解譯和分析能力。2內流水系干流及湖泊水質調查青藏高原河流、湖泊現狀調查以1∶25萬分幅ETM+圖像為信息源,調查內容包括:遙感解譯外流水系干流及其Ⅲ級支流,重要內流水系干流及其Ⅲ級支流,一般內流水系干流及其Ⅱ級支流和面積大于等于1km2的湖泊;判別河流、湖泊的主要屬性;編制河流、湖泊現狀遙感解譯圖等。2.1內流區(qū)河流水系青藏高原河流大體以喀喇昆侖山、拉達克山、岡底斯山、念青唐古拉山西段、頭二九山、唐古拉山中段、昆侖山中段、布爾汗達山、日月山、大通山、托來山、冷龍嶺一線為界,西北部屬內流區(qū),東南部為外流區(qū)。外流區(qū)面積約145×104km2,劃分為黃河(Ⅰ-1)、長江(Ⅰ-2)、瀾滄江(Ⅰ-3)、怒江(Ⅰ-4)、雅魯藏布江(Ⅰ-5)及伊洛瓦底江(Ⅰ-6)、恒河(Ⅰ-7)、印度河(Ⅰ-8)八大流域;內流區(qū)面積約153×104km2,劃分為河西走廊(Ⅱ-1)、塔里木盆地(Ⅱ-2)、柴達木-青海湖盆地(Ⅱ-3)、羌塘(Ⅱ-4)、瑪旁雍錯(Ⅱ-5)5個內流分區(qū)。青藏高原八大流域和5個內流分區(qū)的面積,干流和重要內流水系的長度,一般內流水系和Ⅰ、Ⅱ級支流的組成如表1。工作區(qū)內有外流水系共計Ⅰ級支流34條、Ⅱ級支流188條;內流區(qū)有塔里木河、車爾臣河、疏勒河、黑河4條重要的內流水系,27條一級內流水系和170條二級內流水系,共計Ⅰ級支流36條、Ⅱ級支流269條。區(qū)內共計干流12條、Ⅰ級支流70條、Ⅱ級支流457條(表1)。2.2天然湖泊分區(qū)青藏高原湖泊與河流的關系密切,在外流區(qū)多數湖泊都分布在河道中,屬外流湖;在內流區(qū)湖泊都是內流河的尾閭和匯水中心,多數湖泊為內陸湖。據此,在青藏高原河流地理分區(qū)的基礎上,將青藏高原湖泊劃分為6個地理分區(qū),即河西走廊-塔里木盆地湖泊分區(qū)(Ⅰ)、柴達木-青海湖盆地湖泊分區(qū)(Ⅱ)、羌塘湖泊分區(qū)(Ⅲ)、黃河流域湖泊分區(qū)(Ⅳ)、三江流域湖泊分區(qū)(Ⅴ)、藏南谷地湖泊分區(qū)(Ⅵ)(表2)。工作區(qū)內分布面積大于等于1km2的湖泊共計1128個,總面積達41183.74km2。其中人工湖泊(水庫)61座,合計面積772.17km2;天然湖泊1067個,合計面積40411.57km2。天然湖泊中特大型湖泊(面積大于1000km2)3個,合計面積8013.57km2;大型湖泊500~1000km2)11個,合計面積6785.76km2;中型湖泊(100~500km2)71個,合計面積13848.18km2;小型湖泊(10~100km2)303個,合計面積9612.83km2;面積1~10km2的679個,合計面積2151.23km2。天然湖泊中淡水湖309個,咸水湖758個,構造湖897個,冰川湖117個,火山湖4個,河成湖25個,堰塞湖24個。2.3青海湖西部中下游流域(1)外流水系各干流都源于青藏高原腹地,由西北向南東呈幅射狀展布,其不同級別的支流呈樹枝狀分布。各干流源區(qū)地形平緩、雨雪較多、蒸發(fā)較弱、多湖泊、多沼澤。在青藏高原東南部各干流與山脈平行的地段,都形成高山峽谷地貌景觀;切割山脈地段則分別形成“倒流”、“三江并流”和“大拐彎”等奇麗的景觀。(2)內流水系都以湖泊或盆地為中心,呈向心狀展布,最終注入湖泊或消失在沙漠中。重要的內流水系和一級內流水系源區(qū)多有大片冰雪覆蓋,水源豐富。河西走廊、塔里木盆地和柴達木-青海湖盆地內流分區(qū)的內流河進入盆地后或斷流、或轉為時令河。羌塘內流分區(qū)多數一級、二級內流水系的展布方向與區(qū)域構造線方向一致。2.4天然湖泊類型及分布(1)柴達木-青海湖盆地湖泊分區(qū)、羌塘湖泊分區(qū),是青藏高原乃至全國天然湖泊分布密度最大的兩大稠密湖群區(qū)。柴達木-青海湖盆地湖泊分區(qū)湖泊率(分區(qū)天然湖泊合計面積/分區(qū)總面積)為2.36%,羌塘湖泊分區(qū)湖泊率為3.82%,分別是全國湖泊率0.95%的2.5倍和4.0倍。(2)黃河流域、三江流域和藏南谷地湖泊分區(qū)的天然湖泊,多分布在各外流水系的源區(qū)、上游及流域山間盆地中。位于源區(qū)盆地和流域山間盆地的天然湖泊大部分為內陸湖,湖水性質多為微咸水、咸水,湖泊成因類型以構造湖居多;位于源區(qū)山嶺、上游及支流河道上的天然湖泊大部分為外流湖,湖水性質多為淡水,湖泊成因類型多數為構造湖、冰川湖,少數為堰塞湖。(3)塔里木盆地、柴達木-青海湖盆地和羌塘湖泊分區(qū)的天然湖泊絕大多數為內陸湖,湖水性質多為鹽水、咸水和微咸水,湖泊成因類型大部分為構造湖,部分屬河成湖、堰塞湖。羌塘湖泊分區(qū)天然湖泊的分布受區(qū)域構造的嚴格制約,湖泊總體展布和單個湖泊長軸方向都與區(qū)域構造線方向基本一致。(4)青藏高原天然湖泊或為河流尾閭,或有河流通過,都是河流的匯水中心。湖泊的湖水主要依賴地表徑流、泉水和降水補給,多數入湖河流的源區(qū)都有面積不等的冰雪覆蓋,水源豐富或較豐。3青海湖流域近25年來來變遷調查和分析河流、湖泊變遷是指某一時段內河流、湖泊的變化狀況。筆者以ETM+圖像為基準、MSS圖像作對照,進行青藏高原河流、湖泊近25年來的變遷調查和綜合分析。調查內容包括:河流擺動、改道和斷流的狀況;湖泊湖面、湖中島嶼變化的狀況;綜合分析青藏高原近25年來河流、湖泊變遷的特征及變遷的趨勢;探討影響河流、湖泊變遷的主要因素。3.1內流水系少數河段入湖近25年來,青藏高原河流的干流總體變化不明顯,部分地區(qū)外流水系個別河段略有擺動,內流水系少數河段發(fā)生改道、斷流,入湖河流在河口段出現延伸、退縮等變化。限于遙感圖像的空間分辨率和本次調查的精度,本文主要敘述外流水系干流和內流水系一、二級河流的典型變遷特征。3.1.1黃河及其干流的“牛吾”狀河曲主要反映在松潘草地黃河干流、白河河口段河道小幅度擺動。在四川、甘肅交界的松潘草地(I48b002001〈武都縣〉),黃河及其支流黑河、白河的“牛軛”狀河曲十分發(fā)育。1977-07-14MSS、1998-04-09ETM+圖像都顯示黃河西北岸存在多期次的“牛軛”狀古河道,表明黃河河道經歷了多次擺動(圖3)。對照Ⅰ、Ⅱ兩處的MSS圖像與ETM+圖像,可以看出黃河河道都以“裁彎取直”的方式進行遷移;白河河口段則沿黃河先前河道向北西方向延伸。3.1.2馬來東下部的流場分布在柴達木-青海湖盆地內流分區(qū)、羌塘內流分區(qū),少數一、二級內流水系下游河段存在改道、斷流等現象,以臺吉乃爾河(J46b002002〈格爾木市〉)、扎布耶茶卡支流-2(H45b001001〈措勤縣〉)最為明顯。例如,臺吉乃爾河下游在1973-10-31MSS圖像上顯示為向北注入西臺吉乃爾湖(圖4圓圈中墨綠色色線),流向東臺吉乃爾湖的支流業(yè)已干涸(圖4圓圈中白色色線);在2000-04-23ETM+圖像上則顯示其改道注入東臺吉乃爾湖(圖4圓圈中墨綠色色線),而流向西臺吉乃爾湖的支流向北不遠即斷流(圖4圓圈北深灰色色線)。3.2青海湖天然湖泊現狀近25年來,青藏高原多數天然湖泊變化較大,主要是部分湖泊面積縮小或擴大;少數湖泊解體或歸并;有的已干涸湖泊又重新匯水,有的湖泊則接近干涸。遙感地質調查結果表明:近25年來,青藏高原面積大于等于1km2的天然湖泊總數從1029個增至1067個,新增湖泊38個,合計新增面積199.42km2,分別占青藏高原天然湖泊總數和總面積(40411.57km2)的3.56%和0.50%。在先存的1029個天然湖泊中,509個湖泊面積穩(wěn)定,合計面積8568.32km2,分別占青藏高原天然湖泊總數和總面積的47.70%、21.20%;322個湖泊面積縮小,合計面積19692.98km2,分別占30.18%、48.73%;198個湖泊面積擴大,合計面積11950.85km2,分別占18.56%、29.57%。天然湖泊合計減少面積1652.26km2、擴大面積1454.18km2,兩者相抵,凈減面積198.08km2。天然湖泊總面積從40410.23km2增至40411.57km2,凈增面積1.34km2。3.2.1湖泊面積、比變化的季節(jié)不同湖泊面積縮小或擴大是湖泊常見的一種變遷方式。由于青藏高原湖泊面積季節(jié)性變化明顯,所以不同時期遙感影像所反映的湖泊面積變化可能屬階段性變遷,也可能是季節(jié)性變化與階段性變遷的綜合結果。如果2期遙感圖像時相季節(jié)相同,則湖泊面積變化屬湖泊階段性變遷。例如巴木錯(1030,湖泊編號,下同),1999-10-28ETM+圖像湖泊面積204.68km2,1976-12-17MSS圖像湖泊面積194.62km2,23年間巴木錯面積擴大了10.06km2(圖5)。3.2.2湖泊的解體湖泊解體或歸并也是湖泊常見的一種變遷方式。前者是單個湖泊劇烈變遷的反映,后者則是相鄰湖泊變遷的結果。在羌塘湖泊分區(qū)、藏南谷地湖泊分區(qū)湖泊解體比較常見,如羊卓雍錯(1072)、美馬錯(0248)、涌波錯(0351)等;在羌塘湖泊分區(qū)湖泊歸并也時有發(fā)生,如赤布張錯(0727)與吐錯(0592)。其中,美馬錯在1977-06-22MSS圖像上南湖與北湖相連,湖泊面積為135.71km2;在1999-09-22ETM+圖像上,南湖解體成獨立的湖泊,湖泊總面積為115.18km2,22年間美馬錯面積縮小了20.53km2(圖6)。3.2.3天然湖泊類型已干涸湖泊重新匯水是天然湖泊周期性變遷的一種方式。在青藏高原ETM+影像圖上新增的38個天然湖泊中,朝勃湖(0055)、玉環(huán)湖(0226)、布木錯(0286)、查嘎瑪里錯(0312)、查布康錯(0316)、喜鵲錯(0411)、達雜迪扎錯(0596)、扎木錯瑪瓊(0593)、夏窮錯(0933)、錯敵錯(0934)10個天然湖泊已列入王蘇民等主編的《中國湖泊志》。經分析,它們多為豐水時期匯水、枯水時期干涸的時令湖,如扎木錯瑪瓊,在1976-12-19MSS圖像上湖泊基本干涸;在2000-06-17ETM+上湖泊重新匯水,面積達19.09km2(圖7)。3.2.4湖泊分區(qū)的亞美錯、三大錯誤在羌塘湖泊分區(qū)、柴達木-青海湖盆地湖泊分區(qū),部分湖泊已經干涸,部分湖泊接近干涸,如羌塘湖泊分區(qū)的亞美錯(0296)、嚇那錯(0297)等。其中,亞美錯在2000-05-03ETM+圖像上水體面積為2.34km2,在1976-12-06MSS圖像上水體面積為3.59km2,分別占湖盆面積(37.98km2)的6.16%和9.45%(圖8)。4青藏高原河流和湖泊變化的主要影響因素4.1氣候變化的趨勢青藏高原隆升奠定了中國三級階梯的大地貌框架,形成了三大自然區(qū)的基本格局,對當今中國及東亞氣候變化有著深刻的影響。氣溫變化、降水變化是氣候變化的2個重要指數。20世紀后半葉,青藏高原氣候變化的總趨勢是:氣溫普遍呈升溫趨勢;高原西部、南部和中部年降水量普遍增加,高原東部和青海年降水量則普遍減少;高原冬、春季降水呈增加的趨勢,汛期降水則呈微弱增加的趨勢。4.1.1西藏氣候特征20世紀60年代以來,青藏高原平均氣溫以0.21~0.42℃/10a的速度增加;最高最低氣溫普遍升高,尤其是最低氣溫升高更為明顯,其增加速率為最高氣溫的1~3倍;氣溫日變差顯著減小,幅度為-0.08~0.51℃/10a。80年代以來青藏高原冬春季升溫更為強烈,汛期以青海升溫最強烈,西藏河谷地帶則反呈微弱降溫趨勢。青藏高原主要山脈對高原氣候的變化具有十分明顯的影響,其南北及東西存在一定的差異,如西藏西部氣溫升高速率明顯高于東部。4.1.2降水的時段分布青藏高原降水變化具有很強的區(qū)域特點和季節(jié)特點。20世紀60年代以來,青海冬、春季降水和西藏汛期降水存在相同的相位變化,即60年代降水偏多,1967年是由多到少的轉折點;70—80年代初降水偏少,1985年是由少到多的轉折點;80年代中期至90年代降水偏多。青海汛期降水和西藏汛期降水存在反向的相位變化,但轉折點滯后4~5年,即青海汛期降水60年代降水偏少,1971年是由多到少的轉折點;70—80年代降水偏多,1990年是由多到少的轉折點;90年代降水偏少。西藏冬、春季降水則呈現獨特的變化,即60—70年代初降水偏少,1976年是由多到少的轉折點;70年代中期至90年代降水偏多。4.1.3天然湖泊呈現顯著擴張和理想生活高原氣候變化對河流、湖泊變遷的影響包括直接影響和間接影響2個方面。(1)直接影響:一是指氣溫升高導致地表蒸發(fā)量增大,促使半干旱、干旱、極干旱氣候區(qū)天然湖泊逐漸萎縮;二是指年降水量增加或減少,直接影響以降水、地下水和地表徑流為補給的天然湖泊的萎縮或擴張程度。如柴達木-青海湖盆地湖泊分區(qū)、黃河流域湖泊分區(qū)的黃河上游地區(qū)和三江流域湖泊分區(qū)的“三江源”地區(qū),在調查時段由于氣溫升高、降水減少,大部分天然湖泊呈萎縮狀態(tài);班公湖-色林錯斷陷盆地湖泊小區(qū)東段,在調查時段雖然氣溫升高,但降水明顯增加,因此大多數湖泊呈擴張狀態(tài)。(2)間接影響:一是指氣溫升高促使冰雪融化,導致部分源區(qū)冰雪覆蓋面積較大的河流徑流量增大,從而保證其匯水天然湖泊有充足的補給。二是指冬、春季降水的增加或減少,關系到河流源區(qū)冰雪覆蓋的面積、冰雪儲量的增加或減少,進而影響河流、湖泊的變遷。4.2生態(tài)化對生態(tài)環(huán)境的影響青藏高原冰雪是高原隆升和全球氣候變化的產物,高原冰雪變化對生態(tài)環(huán)境有重要的反饋影響。高原冰雪變化包括冰川變化、氣候雪線變化2個方面。20世紀后半葉,青藏高原冰雪變化的總趨勢是:大多數冰川逐漸退縮或消失,氣候雪線逐步抬升。4.2.1儲量對比青藏高原在中國境內發(fā)育有現代冰川32785條,冰川面積為44851.82km2,冰儲量達410