半个世纪玛旁雍错和拉昂错湖泊面积变化
数据集构建（1972‒2023）
曾 林，拉 珍，德吉央宗*，牛晓俊
西藏自治区气候中心，拉萨
850000
摘 要：本文以Landsat系列和GF1遥感影像为数据源，通过人工目视解译方法，研发了1972‒2023年玛旁雍错和拉昂错的矢量边界数据，并计算了对应的湖泊面积，构成玛旁雍错水域变化数据集（1972‒2023）和拉昂错水域变化数据集（1972‒2023）。两个数据集包括1972、1977、1994、2000‒2023年共27期玛旁雍错和拉昂错的矢量边界和面积数据。数据的空间分辨率为30 m。数据集存储为.shp格式，玛旁雍错和拉昂错均由189个数据文件组成。1972‒2023年玛旁雍错面积呈略微减少趋势，面积在412 km2左右；拉昂错面积呈明显减少趋势，平均速率为‒4.238 km2/10a。玛旁雍错湖面空间变化不明显，东北部与南部水岸线略有变化。拉昂错变化较明显的区域主要集中在北部和西南部。
关键词：玛旁雍错；拉昂错；湖泊面积；遥感
DOI: https://doi.org/10.3974/geodp.2023.04.04
CSTR: https://cstr.escience.org.cn/CSTR:20146.14.2023.04.04
数据可用性声明：
本文关联实体数据集已在《全球变化数据仓储电子杂志（中英文）》出版，可获取：
https://doi.org/10.3974/geodb.2024.02.01.V1或https://cstr.escience.org.cn/CSTR:20146.11.2024.02.01.V1.
https://doi.org/10.3974/geodb.2024.02.02.V1或https://cstr.escience.org.cn/CSTR:20146.11.2024.02.02.V1.
1 前言
青藏高原有着全世界面积最大、海拔最高、数量最多的高原湖泊群，被称为“亚洲水塔”[1, 2]。湖泊通过地表水的汇集与蒸发作用参与自然界水循环过程，是大气圈、冰冻圈和水圈的纽带，并能反映出对气候与环境的响应特征[3]。青藏高原作为全球气候变化的敏感地区，气候变化幅度和强度均高于全球的平均水平[4]。湖泊在全球气候变化的影响下，湖泊面积[5, 6]、水量[7, 8]和水位[9, 10]等方面均发生着不同程度的变化。因此，建立玛旁雍错和拉昂错湖泊面积长时间序列数据集，对研究青藏高原区域生态系统变化和对气候变化响应特征具有重要意义。
玛旁雍错与拉昂错位于西藏阿里地区普兰县境内，玛旁雍错和拉昂错位置相邻，两湖之间有一河道连接，玛旁雍错流域北面矗立着冈底斯山主峰——冈仁波齐峰，南面是喜马拉雅山脉，其中纳木那尼峰就在流域南面[11, 12]。玛旁雍错为内陆淡水湖，湖面海拔约为4,500 m，湖盆北部宽，南部窄，形状近似椭圆。拉昂错为咸水湖，湖面海拔约4,570 m，呈近似汤勺形，湖区年平均气温2 ℃左右[13]。
2 数据集元数据简介
《玛旁雍错水域变化数据集（1972–2023）》[14]和《拉昂错水域变化数据集（1972– 2023）》[15]的名称、作者、地理区域、数据年代、时间分辨率、空间分辨率、数据集组成、数据出版与共享服务平台、数据共享政策等信息见表1和表2。
表1 《玛旁雍错和拉昂错水域变化数据集（1972–2023）》元数据简表
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条目 |
描述 |
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数据集名称 |
玛旁雍错水域变化数据集（1972–2023） |
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数据集短名 |
MapamYumco_1972-2023 |
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作者信息 |
曾林，西藏自治区气候中心，979952727@qq.com 拉珍，西藏自治区气候中心，821360896@qq.com 德吉央宗，西藏自治区气候中心，1308709602@qq.com 牛晓俊，西藏自治区气候中心，niuxj2014@126.com |
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地理区域 |
西藏自治区阿里地区普兰县 |
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数据年代 |
1972–2023年 |
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时间分辨率 |
2000年前为1972、1977、1994年，2000年后为每年 |
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空间分辨率 |
30 m |
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数据格式 |
.shp |
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数据量 |
276 KB（压缩后198 KB） |
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数据集组成 |
包括1972、1977、1994和2000–2023年共27期玛旁雍错矢量边界和面积数据 |
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数据集名称 |
拉昂错水域变化数据集（1972–2023） |
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数据集短名 |
La’angco_1972-2023 |
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作者信息 |
曾林，西藏自治区气候中心，979952727@qq.com 拉珍，西藏自治区气候中心，821360896@qq.com 德吉央宗，西藏自治区气候中心，1308709602@qq.com 牛晓俊，西藏自治区气候中心，niuxj2014@126.com |
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地理区域 |
西藏自治区阿里地区普兰县 |
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数据年代 |
1972–2023年 |
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时间分辨率 |
2000年前为1972、1977、1994年，2000年后为每年 |
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空间分辨率 |
30 m |
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数据格式 |
.shp |
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数据量 |
729 KB（压缩后498 KB） |
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数据集组成 |
包括1972、1977、1994和2000–2023年共27期拉昂错矢量边界和面积数据 |
续表1
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条目 |
描述 |
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基金项目 |
中华人民共和国科学技术部（2019QZKK020809，2019QZKK0105-06）；西藏自治区科学技术厅（XZ202102YD0012C） |
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数据计算环境 |
ENVI试用版、ArcGIS试用版 |
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出版与共享服务平台 |
全球变化科学研究数据出版系统 http://www.geodoi.ac.cn |
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地址 |
北京市朝阳区大屯路甲11号100101，中国科学院地理科学与资源研究所 |
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数据共享政策 |
（1）“数据”以最便利的方式通过互联网系统免费向全社会开放，用户免费浏览、免费下载；（2）最终用户使用“数据”需要按照引用格式在参考文献或适当的位置标注数据来源；（3）增值服务用户或以任何形式散发和传播（包括通过计算机服务器）“数据”的用户需要与《全球变化数据学报（中英文）》编辑部签署书面协议，获得许可；（4）摘取“数据”中的部分记录创作新数据的作者需要遵循10%引用原则，即从本数据集中摘取的数据记录少于新数据集总记录量的10%，同时需要对摘取的数据记录标注数据来源[16] |
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数据和论文检索系统 |
DOI，CSTR，Crossref，DCI，CSCD，CNKI，SciEngine，WDS/ISC，GEOSS |
表2 玛旁雍错和拉昂错湖泊面积统计表
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玛旁雍错 |
拉昂错 |
||||||
|
年份 |
面积/km2 |
年份 |
面积/km2 |
年份 |
面积/km2 |
年份 |
面积/km2 |
|
1972 |
414.15 |
2011 |
410.70 |
1972 |
268.48 |
2011 |
255.23 |
|
1977 |
414.17 |
2012 |
411.12 |
1977 |
269.95 |
2012 |
254.91 |
|
1994 |
409.19 |
2013 |
413.82 |
1994 |
267.01 |
2013 |
254.48 |
|
2000 |
415.78 |
2014 |
412.20 |
2000 |
267.11 |
2014 |
254.49 |
|
2001 |
412.47 |
2015 |
411.33 |
2001 |
262.65 |
2015 |
253.87 |
|
2002 |
413.80 |
2016 |
412.13 |
2002 |
262.30 |
2016 |
254.24 |
|
2003 |
412.43 |
2017 |
412.73 |
2003 |
261.28 |
2017 |
255.32 |
|
2004 |
410.36 |
2018 |
414.23 |
2004 |
258.08 |
2018 |
254.28 |
|
2005 |
410.83 |
2019 |
414.62 |
2005 |
260.84 |
2019 |
253.72 |
|
2006 |
410.59 |
2020 |
414.97 |
2006 |
257.49 |
2020 |
253.44 |
|
2007 |
411.30 |
2021 |
413.26 |
2007 |
257.41 |
2021 |
251.87 |
|
2008 |
412.18 |
2022 |
412.51 |
2008 |
257.11 |
2022 |
249.87 |
|
2009 |
410.30 |
2023 |
412.21 |
2009 |
257.46 |
2023 |
248.32 |
|
2010 |
412.32 |
|
|
2010 |
256.64 |
|
|
3 数据集研发方法
3.1 数据来源
青藏高原湖泊受气温、降水量、蒸发量和冰川融水的影响呈波动变化，湖泊面积存在明显的年内变化，故选取的遥感影像资料主要集中在水位相对稳定的9–11月份。所选影像资料质量良好，湖泊区域为晴空或云量小于5%。数据资料包括从地理空间数据云获取的ASTERGDEM 30 m分辨率数字高程数据（DEM），1972、1977年的Landsat MSS数据（条带号：155，行编号：39），1994年的Landsat TM数据（条带号：144，行编号：39），2000‒2012年的Landsat ETM数据（条带号：144，行编号：39），中国资源卫星应用中心获取的2013–2023年GF1-WFV等卫星影像资料。
3.2 技术路线
在ENVI软件中对Landsat和GF1遥感影像进行几何校正、图像增强、重投影等预处理，投影方式采用CGCS2000坐标系，并以2015年经过预处理的Landsat8影像作为基准图，对GF1遥感数据进行配准。两名技术人员利用目视解译方法在ArcGIS软件中提取湖泊面积，并对提取结果进行交叉检查。对提取得到的矢量数据，添加湖泊面积字段（area）分别获得玛旁雍错和拉昂错不同年份的湖泊面积，并建立湖泊面积空间数据库。
4 数据结果与科学发现
《玛旁雍错水域变化数据集（1972–2023）》和《拉昂错水域变化数据集（1972–2023）》包括1972、1977、1994、2000–2023年共27期拉昂错和玛旁雍错的矢量数据（.shp），数据由一个面要素构成，除必要字段外还包含湖泊面积字段（area，单位为km2）。
1972–1994年湖泊面积由414.15 km2减至409.19 km2，减少率为1.20%；随后面积增加，2000年为近51年最大值（415.78 km2）；2000‒2004年呈显著减少趋势，平均速率为‒10.88 km2/10a，2005‒2023年呈波动增加趋势，平均速率为1.63 km2/10a。
图1 玛旁雍错面积变化图（1972–2023年）
图2 拉昂错面积变化图（1972–2023年）
1972–2023年玛旁雍错面积总体呈略微减少的趋势，平均速率为‒0.051 km2/10a（表2、图1）。1972–2023年拉昂错面积呈减少趋势，平均速率为‒4.238 km2/10a（表2、图2）。1972‒2000年湖泊面积稳定在268 km2左右；2000年以后湖泊面积波动减少，2023年减至最小，为248.32 km2，平均速率为‒5.563 km2/10a。从玛旁雍错和拉昂错湖面空间变化来看（图3），玛旁雍错总体变化不明显，东北部与南部水岸线略有变化。拉昂错变化较明显的区域主要集中在北部和西南部，2004年之后，湖泊的北部萎缩较明显。
图3 玛旁雍错和拉昂错湖面空间变化图（1972–2023年）
5 讨论和总结
湖泊是自然界水循环过程的重要环节，是大气圈、冰冻圈和水圈的纽带，并在气候变化的影响下各方面均发生了不同程度的变化，且对研究气候变化的敏感响应具有重要意义。本文利用1972‒2023年的Landsat和GF1遥感影像数据，进行几何校正、图像增强、图像配准和重投影等预处理，通过人工目视解译方法对27期湖泊面积进行数字化并计算面积。从1972‒2023年玛旁雍错和拉昂错面积提取结果来看，玛旁雍错面积呈略微减少趋势，面积在412 km2左右；拉昂错面积呈减少趋势，平均速率为‒4.238 km2/10a，2000年以后湖泊面积波动减少，2023年减至最小。玛旁雍错湖面空间变化不明显，东北部与南部水岸线略有变化。拉昂错变化较明显的区域主要集中在北部和西南部。玛旁雍错和拉昂错长时间序列面积变化矢量数据集，揭示了湖泊面积和湖面空间变化特征，对研究气候变化背景下湖泊的敏感响应特征具有一定的科学参考意义。
作者分工：曾林对数据集的开发做了总体设计；拉珍和牛晓俊收集和处理了Landsat（MSS、TM、ETM+）和高分系列卫星（GF1-WFV）遥感影像数据；德吉央宗设计了模型和算法；曾林负责撰写数据论文等。
利益冲突声明：本研究不存在研究者以及与公开研究成果有关的利益冲突。
参考文献
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[15] 曾林, 拉珍, 德吉央宗等. 拉昂错水域变化数据集(1972‒2023)[J/DB/OL]. 全球变化数据仓储电子杂志, 2024. https://doi.org/10.3974/geodb.2024.02.02.V1. https://cstr.escience.org.cn/CSTR:20146.11.
2024.02.02.V1.
[16]
全球变化科学研究数据出版系统. 全球变化科学研究数据共享政策[OL]. https://doi.org/10.3974/dp. policy.2014.05 (2017年更新).