工程中心团队成员在国际学术期刊Ecological Indicators发表题为“Influence of natural factors and land use change on changes
工程中心团队成员在国际学术期刊Ecological Indicators发表题为“Influence of natural factors and land use change on changes in the main lake area in China over the past 30 years”的论文
第一作者： 王云惠（硕士研究生）杨昆教授
通讯作者：罗毅教授
成果简介
2023年9月24日，工程中心罗毅教授团队在Ecological Indicators（IF:6.9）上发表题为“Influence of natural factors and land use change on changes in the main lake area in China over the past 30 years”的论文。本研究基于Google Earth Engine（GEE），利用1989-2019年Landsat系列卫星遥感影像，结合NDWI水体指数和OTSU自适应阈值法，获得了中国38个湖泊面积，并探究了湖泊面积变化趋势及相关驱动力。（Ecological Indicators创刊于2001年，该期刊为中科院（环境科学与生态学）2区Top期刊。）
内容简介
中国湖泊数量多，分布范围广，分布不均匀。全国现有大于1.0km2的天然湖泊2693个，总面积约为81414.6km2，分布在五大湖区——东部平原、云贵高原、青藏高原、蒙新高原、东北平原与山地湖区。受气候变化和人类活动的双重影响，中国湖泊面积发生了较大的变化。
《2018年中国生态环境公报》对111个重要湖泊（水库）进行了水质监测，其中包含59个湖泊，52个水库。本研究综合考虑了湖泊的空间位置以及遥感影像质量，最终从59个湖泊中选取了38个湖泊（云贵高原湖区10个，东部平原湖区24个，青藏高原湖区2个，蒙新高原湖区1个，东北平原湖区1个）作为研究对象。
本研究数据主要包括湖泊面积、气温、降水、土地利用变化、生态地理分区、行政边界等数据。图2为本研究的实验流程图。
获取湖泊面积以Landsat5 、Landsat8 SR为数据源，每个湖泊选取1989、1991、1994、1996、1999、2001、2004、2006、2009、2011、2014、2016、2019年（1989-2019）11月至次年4月份13幅湖泊表面无云覆盖影像提取水体（影像缺失或云量较大的选择相邻年份的影像代替，色林错、羊卓雍错、乌伦古湖、兴凯湖选取其他月份无冰覆盖的影像）。经过一系列处理得到了38个湖泊的面积，并对其变化趋势和变化率进行了分析。
Fig. 3. Variation trend of lake area. Nate: a) is the changing trend of the total area of 10 lakes in the Yun-Gui Plateau Region; b-f) is the trend of area change for each lake in the Yun-Gui Plateau Region; g)Variation trend of Wulungu Lake area in the MXP_LR; h-i) Variation trend of Yangzhuoyong Cuo and Selin Cuo lake area in QTP_LR; j)Variation trend of Xingkai lake area in the NPM_LR; k-l)Variation trend of warm temperate zone lake area in the EP_LR; m) Variation trend of the total area of 10 lakes in the north subtropical zone in the EP_LR; n-r) Variation trend of each lake area in the north subtropical zone of the EP_LR.s-t)Variation trend and change rate of lake area in the central subtropical zone of the EP_LR.
Fig. 4 The change rate of lake area. Nate: a-c) The change rate of lake area in the lake area of 10 lakes on YGP_LR; d) The change rate of lake area in QTP_LR; b) The change rate of the Wulungu Lake area in the MXP_LR; f) The change rate of the Xingkai lake area in the NPM_LR; g-h)The change rate of warm temperate zone lake area in the EP_LR; i-n)The area change rate of north subtropical zone lakes in the EP_LR; o) The change rate of lake area in the central subtropical zone of the EP_LR.
由于其他数据难以获取，且数据的时空尺度不一致，本研究选择了与湖区变化相关性最高的两个气象参数:温度和降水进行分析，气温、降水数据选取湖泊附近的气象观测站数据。将气温、降水与湖泊面积做了相关性分析。
Fig. 5. Spearman correlation analysis between air temperature and lake area. Results of the Spearman correlation coefficient R. Significance levels: =0.01 (**), = 0.05 (*).
Fig. 6. Spearman correlation analysis between air temperature and lake area. Results of the Spearman correlation coefficient R. Significance levels: =0.01 (**), = 0.05 (*).
相关研究表明，人类活动也会影响湖泊面积变化，最直接体现人类活动对湖泊面积影响的就是土地利用的变化。本研究通过分析各个湖泊所在县级行政区域的土地利用变化来反映人类活动对湖泊面积变化的影响。依次分析了38个湖泊1990-2018年土地利用转移情况及其他土地利用类型与湖泊的转移情况。
Fig. 7. Land use transfer in the area where Dianchi Lake is located.
Fig. 8. a) The area of other land types converted to Dianchi lake and the area of Dianchi lake converted to other land types. b) Other land types are converted to the proportion of the area of Dianchi Lake. c) The proportion of the area of Dianchi Lake converted to other land types.
Fig. 9. Land use transfer in the area where Yangcheng Lake and Dianshan Lake are located.
Fig. 10. a) The area of other land types converted to Yangcheng Lake and Dianshan Lake, and the area of Yangcheng Lake and Dianshan Lake converted to other land types. b) Other land types are converted to the proportion of the area of Yangcheng Lake and Dianshan Lake. c) The proportion of the area of Yangcheng Lake and Dianshan Lake converted to other land types.
湖泊的萎缩或扩张不仅影响了湖泊的生态功能，也进一步影响了区域经济的可持续发展。进行湖泊面积变化分析与驱动因素研究是治理和改善湖泊生态环境的基础，也是当前研究的主要挑战之一。本研究结果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一定的理论依据。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2023.111005