变化环境下鄂尔多斯高原湖泊面积变化及趋势研究
文献类型：学位论文
| 作者 | MUHAMMAD NAEEM |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 张永强 |
| 关键词 | 湖泊面积变化 气候变异 人类影响 机器学习 水文要素变化 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 干旱和半干旱地区（尤其是鄂尔多斯高原）地表水的变化趋势受气候变化和人类活动影响。湖泊、河流和水库作为地表水体的重要组成部分，在维系生态系统、支撑农业发展、保障生活用水等方面发挥着至关重要的作用。然而，这些水体越来越容易受到降水变化、气温波动以及人类活动（如土地利用类型改变和人类取用水）的影响。在过去几十年中，鄂尔多斯高原的许多湖泊，包括泊江海子（桃力庙海子）和红碱淖湖的湖面面积发生了显著变化，常常缩小甚至完全消失，对当地的生物多样性和供水造成了显著影响。气候因子的不断变化（如降水量减少和蒸散发量增加）以及人类活动的增强，如取用水（采矿、灌溉）、放牧和土地利用/土地覆盖（LULC）的变化，造成了湖泊的变化。然而，由于气候和人类活动存在复合影响，它们对湖泊变化趋势的相对贡献仍不明确，因此一个重要的科学问题为“该区域湖泊的历史和未来演化趋势如何，是否具有可持续性”。 本研究旨在研究中国北方半干旱地区鄂尔多斯高原的湖泊面积变化情况，重点是分析气候变化和人类活动对湖泊面积变化及水文系统的影响。为此，本研究从Landsat卫星和哨兵二号卫星的高分辨率遥感图像中获取了湖泊面积的变化量。湖泊的水量平衡通过降水量、实际蒸散发量等水文气候变量与HBV水文模型模拟的径流量进行计算。此外，随机森林（RF）和元胞自动机-马尔科夫（CA-Markov）模型被用于预测未来土地利用、土地覆盖变化和气候变化。本研究采用多学科方法，将遥感数据、水文模型和机器学习技术相结合，全面分析湖泊面积变化特征，并采用归因分析量化气候变化和人类活动对地表水变化的影响。主要内容和结论如下： （1）构建了高分辨率卫星图像和归因框架，研究表明气候变化和人类活动共同主导了2000-2022年间鄂尔多斯地区的湖泊面积变化。在受到人类活动影响剧烈的鄂尔多斯高原地区，阐明湖泊变化及其原因与影响具有挑战。研究结果表明，湖泊总面积大幅减少，从2000年的192km2减少到2011年的157km2，减少了35km2（18.23%）。降水量的减少、潜在蒸散发（ETP）的增加以及采矿、灌溉和放牧等人类活动的加剧是导致湖泊面积减少的主要原因。然而，到2022年，湖泊总面积扩大到276km2，增加了119km2（75.8%），这主要是由于在区域内实施了更严格的政策法规。标准化回归系数表明，降水（25.5%）和采矿（22.2%）是湖泊面积变化的主要驱动因素，其次是放牧（12.8%）、潜在蒸散发（12.3%）、灌溉（12.0%）和温度（10.1%）。这些发现突显了上述因素在流域内作为水源或汇的水文作用。本研究突出了采取综合管理策略的重要性，如改善水资源管理、进一步施行环境保护法规和推广可持续的土地利用方式，以确保鄂尔多斯高原湖泊生态系统的长期可持续性。通过系统性协同推进，可有效消减各要素对水 体的负面影响并维系关键水体的存续。 （2）利用CA-ANN LULC模型，以泊江海子流域为例，预测发现2023年后由于供水变化和管理的改善，湖泊面积将大幅扩大。本研究选取鄂尔多斯泊江海子流域作为研究区，其流域面积为744.56km2。虽然湖泊生态系统的重要性在全球范围内公认，但很少有研究对泊江海子的长期变化动态进行研究，特别是湖泊变化受到的人类活动与气候变化的共同作用。本研究利用CA-ANN模型评估了2000年至2023年泊江海子流域的湖泊面积波动和LULC，并对2024年至2045年进行了预测。从2000年到2011年，湖面面积减少了约80%，从9.78km2缩小到1.92km2。2012年至2023年，湖面面积恢复了340%，扩大到8.49km2，这主要归功于降水量的增加和水管理措施的改进。对2024年至2045年的预测表明，湖泊面积将增加42.67%，到2045年将达到12.17km2。此外，植被覆盖率预计将增加1.97%，而荒地将减少3.10%，而建筑用地预计将增长47.73%，反映了城市的不断扩张。这些发现突出了综合土地和水资源管理战略的必要性，从而平衡城市发展和环境保护。可持续规划对于缓解城市化和气候变化的影响、 确保泊江海子流域的长期生态稳定至关重要。 （3）通过使用HBV模型、RF和CA-Markov模拟和预测了红碱淖的湖泊动态变化，结果显示2000-2023年湖泊面积前期减少了约25%，但后期恢复了约26%，预计到2060年将增加29%。该研究全面分析了1990年至2023年期间红碱淖湖流域的水文变化和土地利用变化，并对2060年进行了预测。通过整合这些模型，该研究为理解气候变化、人类活动和生态系统响应之间的相互作用提供了一个可靠的框架。对历史数据的分析显示，湖泊面积出现了大幅波动，包括2000年至2011年间减少了25.5%，随后在2012年至2023年期间有所恢复。在恢复阶段，湖泊面积增加了26.2%，表明湖泊面积减少的趋势得到了部分扭转。本研究的预测表明，在各种未来气候情景下，到2060年，湖泊面积可能会增加29%，这反映了生态系统在持续的气候和人类活动压力下的恢复能力。RF模型具有很强的预测能力，1990-2013年率定期的R2值为0.92，2014-2023年验证期的R2值为0.76，均方根误差分别为0.12km2和0.26km2。此外，CA-Markov模型还预测了植被的持续增长和城市化进程，反映了未来景观可能发生重大变化。这些发现强调了在气候变化中采取适应性水管理策略以保护湖泊生态健康的必要性，提倡在未来的区域管理计划中综合考虑气候、土地利用和水文因素，以实现半干旱地区的可持续发展。 总之，本研究全面分析了气候变化和人类活动对鄂尔多斯高原湖泊面积动态和土地利用变化的影响。通过结合遥感数据、水文模型和机器学习技术，该研究对了解气候要素、人类活动和水文系统之间的相互作用具有重要意义。研究结果表明，受降水和蒸散发等自然因素以及城市化、取水和土地利用变化等人类活动的影响，湖泊面积出现了明显的波动。这些结果凸显了可持续水资源管理和土地利用规划的重要性。因此，可持续性的规划对减轻各要素对水体的不利影响并促进该地区湖泊生态系统的长期生态稳定具有重要意义。有效的水资源管理策略和可持续性的土地利用管理对于在持续的气候变化和日益加剧的人类活动压力下维护这些重要水体的健康与功能至关重要。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 英语 |
| 页码 | 246 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217293]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | MUHAMMAD NAEEM. 变化环境下鄂尔多斯高原湖泊面积变化及趋势研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。