國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“973”項(xiàng)目(2012CB417003)和中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所“一三五”戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目(NIGLAS2012135001)聯(lián)合資助.2014-10-17收稿；2015-05-11

收修改稿.吉紅霞(1989~)，女，碩士研究生；E-mail:jihongxia1026@163.com。

吉紅霞1,2,吳桂平1,劉元波1

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極端干旱事件中洞庭湖水面變化過程及成因*

*國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“973”項(xiàng)目(2012CB417003)和中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所“一三五”戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目(NIGLAS2012135001)聯(lián)合資助.2014-10-17收稿；2015-05-11

收修改稿.吉紅霞(1989~)，女，碩士研究生；E-mail:jihongxia1026@163.com。

吉紅霞1,2,吳桂平1,劉元波1

(1：中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，中國(guó)科學(xué)院流域地理學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008)

(2：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

摘要：干旱是洞庭湖區(qū)長(zhǎng)期以來面臨的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一，給周邊人們的生產(chǎn)生活造成了極大的影響.針對(duì)2006和2011年洞庭湖區(qū)發(fā)生的極端干旱事件，借助遙感影像大范圍、時(shí)空連續(xù)的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合湖區(qū)水文氣象等觀測(cè)資料，從時(shí)空兩方面闡釋了洞庭湖在典型干旱年份水域分布及變化過程，進(jìn)一步從溫度、降水、徑流以及蓄水量等方面對(duì)比分析不同干旱事件發(fā)生、發(fā)展過程的一致性和差異性.研究結(jié)果表明：2006年干旱大致從7月開始，至12月結(jié)束.水面淹沒范圍由湖心向周邊擴(kuò)展，到7月達(dá)到最大值，8月提前進(jìn)入枯水期，減小范圍主要集中在東洞庭湖外圍和南洞庭湖的北邊.2006年干旱屬于由入湖徑流減少主導(dǎo)的水文干旱事件；2011年的干旱則從4月開始，至11月結(jié)束，在9月以后干旱繼續(xù)加重.水面淹沒范圍在6月急劇增大且一直到8月都維持在較高的水平，漲水期水面由中心向四周淹沒，退水期水面變化范圍與漲水期相反.2011年干旱是由流域降水減少引起的水文和氣象干旱事件.研究結(jié)果揭示了洞庭湖區(qū)干旱成因的多樣性和復(fù)雜性，對(duì)于制定科學(xué)合理的干旱災(zāi)害防范措施，減緩區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問題等具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：洞庭湖區(qū)；遙感；水面淹沒范圍；干旱；成因

極端天氣事件是氣候異常變化的集中表現(xiàn)，具有發(fā)生率小、破壞性大、突發(fā)性強(qiáng)和難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)等特點(diǎn)[1].IPCC第四次評(píng)估報(bào)告指出，隨著全球氣溫的升高，強(qiáng)降水、高溫?zé)崂?、干旱等極端天氣事件也將不斷增多增強(qiáng)[2].作為我國(guó)第二大淡水湖泊，洞庭湖承納“湘、資、沅、澧”四水，并吞吐長(zhǎng)江，在調(diào)節(jié)徑流、溝通航運(yùn)、繁衍水產(chǎn)和改善生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用[3].長(zhǎng)期以來，洞庭湖區(qū)旱澇災(zāi)害發(fā)生率較高，即使是大水年也會(huì)出現(xiàn)干旱，只是干旱的范圍不同、程度不一[4].進(jìn)入21世紀(jì)后，干旱災(zāi)害不斷發(fā)生，成災(zāi)年發(fā)生率達(dá)80%以上[5].頻發(fā)的旱災(zāi)不僅使洞庭湖水位下降、面積縮小，而且給濕地生態(tài)平衡等帶來不利影響，嚴(yán)重危害人民的生產(chǎn)生活及生態(tài)安全，造成了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失，成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)[6-9].其中最受矚目的是2006年和2011年發(fā)生的極端干旱事件.2006年洞庭湖區(qū)遭遇了30多年來最嚴(yán)重的干旱，水位驟降，在夏季連創(chuàng)歷史新低，湖區(qū)受旱面積達(dá)25×104hm2，居民和牲畜飲水困難[10]，損失數(shù)億元.2011年，洞庭湖區(qū)遭受50年一遇的冬、春、夏連旱，甚至出現(xiàn)了1980年以來同期最低水位，湖區(qū)數(shù)十萬(wàn)居民飲水困難，農(nóng)業(yè)和漁業(yè)養(yǎng)殖等損失嚴(yán)重，直接經(jīng)濟(jì)損失近百億元[11-13]。

針對(duì)近年來洞庭湖區(qū)的極端干旱事件，一些學(xué)者認(rèn)為氣溫升高、降水偏少且時(shí)空分布不均是導(dǎo)致干旱的主要原因[14-16]；同時(shí)洞庭湖湖泊調(diào)蓄能力下降、湖泊面積銳減、上游來水減少以及人類活動(dòng)的影響等也是湖區(qū)干旱的重要原因[17].王文松等[5]認(rèn)為洞庭湖區(qū)的干旱災(zāi)害是多種因素共同作用的結(jié)果，包括全球變暖導(dǎo)致的湖區(qū)降水減少，泥沙淤積和大規(guī)模的圍湖造田造成的湖泊面積和容積縮小，以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展伴隨的工業(yè)與生活用水量增加等[5].這些研究增進(jìn)了人們對(duì)于湖區(qū)干旱成因的基本認(rèn)識(shí).由于干旱成因的多因素性及其復(fù)雜性，目前的干旱研究多基于降水或水位數(shù)據(jù)為主的統(tǒng)計(jì)分析階段，包括基于極值概念識(shí)別干旱事件和歸納歷史干旱的發(fā)生規(guī)律等[5，16，18-19].雖然在長(zhǎng)期宏觀尺度上干旱事件具有明顯的統(tǒng)計(jì)特征，但是獨(dú)立干旱事件具有明確的物理過程.對(duì)于獨(dú)立干旱事件的演變過程及成因進(jìn)行系統(tǒng)的解析，更有助于把握極端干旱事件在時(shí)間和空間上的變化規(guī)律，為湖區(qū)抗旱和水資源利用等提供更有針對(duì)性的科學(xué)依據(jù)。

基于此，本文針對(duì)2006和2011年洞庭湖區(qū)發(fā)生的極端水文干旱事件，擬借助遙感影像，結(jié)合湖區(qū)水文氣象等觀測(cè)資料，對(duì)比分析這2次極端干旱事件的一致性和差異性，揭示洞庭湖區(qū)干旱成因的多樣性和復(fù)雜性，以期對(duì)制定科學(xué)合理的干旱災(zāi)害防范措施、緩解區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問題等提供針對(duì)性的指導(dǎo)和建議。

1 研究數(shù)據(jù)資料

1.1 遙感數(shù)據(jù)

選取2000-2012年間的Terra/MODIS(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer)數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)洞庭湖水域面積提取.數(shù)據(jù)通過NASA(美國(guó)國(guó)家航空航天局)網(wǎng)站(http://ladsweb.nascom.nasa.gov/index.html)獲取.MODIS數(shù)據(jù)集包含多個(gè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，本研究使用的MODIS產(chǎn)品為1B級(jí)數(shù)據(jù)MOD02和地理定位數(shù)據(jù)MOD03，數(shù)據(jù)分辨率分別為250m(近紅色波段)和500m(綠色波段).經(jīng)過篩選得到無(wú)云影像387景.MOD02數(shù)據(jù)已經(jīng)過儀器標(biāo)定，尚未進(jìn)行大氣校正，需采用MOD03數(shù)據(jù)進(jìn)行地理定位.另外，由于MODIS數(shù)據(jù)不同波段的空間分辨率不同，研究中將500m空間分辨率的綠色波段全部重采樣為250m.最后將MODIS 影像進(jìn)行鑲嵌后按湖區(qū)邊界進(jìn)行統(tǒng)一裁剪。

1.2 非遙感數(shù)據(jù)

非遙感數(shù)據(jù)主要包括洞庭湖湖盆數(shù)字地形高程(DEM，Digital Elevation Model)數(shù)據(jù)、水文氣象數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)來源為湖南省水文信息網(wǎng)及中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng))以及野外調(diào)查數(shù)據(jù).DEM數(shù)據(jù)用于與遙感水面提取結(jié)果進(jìn)行疊置，以分析洞庭湖水面的空間變化.根據(jù)枯水季節(jié)水體在湖區(qū)內(nèi)的分布特征將洞庭湖DEM分為3個(gè)多邊形區(qū)域，自西向東分別是西洞庭湖、南洞庭湖和東洞庭湖.其中東、南洞庭湖的界線為磊石山一線，南、西洞庭湖的界線為小河咀經(jīng)赤山島到南咀一線.水文數(shù)據(jù)包括圖1所示的湘、資、沅、澧“四水”4個(gè)水文站(湘潭、桃江、桃源、石門)日徑流數(shù)據(jù)(1987-2011年)、長(zhǎng)江三口松滋口(新江口、沙道觀)、太平口(彌陀寺)和藕池口(康家崗、管家鋪)5個(gè)水文站徑流數(shù)據(jù)以及城陵磯日徑流數(shù)據(jù)(1987-2011年).氣象數(shù)據(jù)則為洞庭流域23個(gè)國(guó)家氣象臺(tái)站1953-2011年長(zhǎng)時(shí)間序列的逐日降水?dāng)?shù)據(jù)，其分布如圖2所示.野外調(diào)查資料包括對(duì)洞庭湖野外考察樣點(diǎn)的水文氣象以及景觀信息等，主要為遙感驗(yàn)證提供數(shù)據(jù)參考。

圖1 洞庭湖區(qū)水系示意Fig.1 Location of river system in Lake Dongting area

圖2 洞庭湖流域氣象臺(tái)站分布Fig.2 Distribution of weather stations in Lake Dongting Basin

2 研究方法

2.1 水面淹沒范圍的提取

McFeeters[20]基于綠波段與近紅外波段，提出了歸一化水體指數(shù)NDWI(Normal Differential Water Index)，表達(dá)式為：

(1)

式中，G和NIR分別代表綠波段和近紅外波段反射率。

研究表明，NDWI指數(shù)可以突出影像中的水體信息，并能最大程度抑制植被信息[21]，但閾值的選取具有很強(qiáng)的主觀性.自組織迭代分類法(ISODATA，Iterative Self-Organizing Data Analysis Technique Algorithm)根據(jù)地物光譜特征聚類，輸入?yún)?shù)少，且受主觀因素的影響小.根據(jù)筆者前期研究，基于NDWI的ISODATA(NDWI-ISODATA)方法不僅綜合了多個(gè)波段的水體光譜特征，同時(shí)不需要進(jìn)行水體閾值的選取，避免了閾值選擇所帶來的主觀誤差，更能高精度地提取水面淹沒范圍[22].因而本文采用基于NDWI的ISODATA 分類法對(duì)MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行洞庭湖水域面積的動(dòng)態(tài)提取。

2.2 湖區(qū)入湖總徑流的計(jì)算

洞庭湖區(qū)地跨湖南、湖北兩省，湖區(qū)江河縱橫，大小湖泊棋布，入湖水系十分復(fù)雜紊亂[23].雖然可以獲得“三口四水”的徑流資料，但水文站以下面積仍達(dá)15200km2，徑流難以測(cè)量.為估算入湖徑流總量，本文假設(shè)流域和湖區(qū)氣候條件基本一致，忽略土壤水分變化，可得到以下關(guān)系：

(2)

式中，Dbasin和Pbasin分別代表洞庭湖流域的徑流量和降水量，Dlake和Plake分別代表湖區(qū)的徑流量和降水量.由此得到湖區(qū)徑流量為：

(3)

進(jìn)而獲得入湖徑流總量為：

D=Dlake+Dbasin

(4)

3 結(jié)果與分析

3.1 干旱的空間變化過程

2006年洞庭湖全年水面淹沒總體上表現(xiàn)為洪水期(6-10月)汪洋一片，枯水期(11月至次年5月)僅存幾條帶狀水域的季節(jié)性變化特征(圖3).其中，東洞庭湖水面淹沒范圍最大，其次為南洞庭湖和西洞庭湖.從水面淹沒范圍的逐月空間變化來看，1-3月水面淹沒范圍主要集中在洞庭湖“三口四水”以及其它河流入湖的水道和河道中，這些水域?yàn)槌Ｄ攴e水區(qū).4月份開始，隨著“四水”流域進(jìn)入雨季，河水上漲，水面淹沒范圍由河道中心向四周不斷擴(kuò)展.到7月份，洞庭湖3個(gè)區(qū)域幾乎全部被水淹沒，水面淹沒范圍達(dá)到最大.8月份水面淹沒范圍迅速減小，減小范圍主要集中在東洞庭湖外圍和南洞庭湖的北邊.9月份后，隨著湖區(qū)來水進(jìn)一步減少，水面淹沒范圍也不斷減小，尤其在東洞庭湖比較明顯，西東洞庭湖水面減小最不顯著.總的來說，在洞庭湖漲水階段，水面淹沒范圍擴(kuò)大的趨勢(shì)在各個(gè)區(qū)域表現(xiàn)不同，東洞庭湖主要表現(xiàn)為由湖心向外逐漸擴(kuò)大，南洞庭湖表現(xiàn)為由北向南延伸，而西洞庭湖則表現(xiàn)為由目平湖向其西南部逐漸擴(kuò)大.退水階段的水面范圍變化方向與漲水階段的正好相反.水面淹沒范圍的空間變化主要發(fā)生在東洞庭湖和南洞庭湖，西洞庭湖的變化較小。

圖3 2006年洞庭湖水面淹沒范圍的空間變化Fig.3 Changes of inundated area of Lake Dongting in 2006

2011年洞庭湖全年水面淹沒范圍變化趨勢(shì)與2006年大體一致，但又存在一定的差異(圖4).逐月來看其空間變化，1-3月水面淹沒范圍持續(xù)較小，僅在常年積水區(qū)的河道和水道中有少量湖水.4月開始到5月，隨著流域開始進(jìn)入雨季，洞庭湖區(qū)水面范圍并未像往年一樣開始向外擴(kuò)展變大，主要是由降水偏少造成的.5月份的水面淹沒范圍相對(duì)4月份變化較小.6月由于強(qiáng)降雨過程的來臨[24]，水面淹沒范圍急劇變大，尤其是在東洞庭湖和南洞庭湖，形成了旱澇急轉(zhuǎn)的局面.7月份水面范圍除在東、南洞庭湖繼續(xù)擴(kuò)大外，西、東洞庭湖水面也開始向外延伸，到8月時(shí)整個(gè)洞庭湖湖區(qū)幾乎全部被水淹沒，水面淹沒范圍達(dá)到最大，這一點(diǎn)與2006年的情況有所不同.9月份后由于出湖水量大于入湖水量，水面淹沒范圍開始向漲水方向相反的方向逐漸縮小，直到只剩下常年積水區(qū)的水域.從全年情況來看，除6、7和8月的淹沒范圍較大外，其他月份的水面淹沒范圍都比較小，表明2011年全年的干旱比較嚴(yán)重。

圖4 2011年洞庭湖水面淹沒范圍空間變化Fig.4 Changes of inundated area of Lake Dongting in 2011

對(duì)比2006年和2011年干旱事件的空間變化過程發(fā)現(xiàn)，2006年的水面淹沒范圍大于2011年，表明2011年的干旱更嚴(yán)重一些.在1-5月份，2006年和2011年的水面淹沒范圍都比較小，集中在東、南、西洞庭湖的來水河道及水道等常年積水區(qū)及其周邊，但2011年的淹沒范圍更小.6月份時(shí)，2006年的水面淹沒范圍繼續(xù)維持往年的變化趨勢(shì)，但2011年由于強(qiáng)降雨的降臨使得水面淹沒范圍迅速向外延伸，直到8月水面淹沒范圍一直維持在較高的水平，而此時(shí)2006年的水面淹沒范圍卻在7月份達(dá)到最大后就開始提前進(jìn)入減小階段.從9月份開始到12月份，2006年和2011年的水面范圍都縮小，但相對(duì)8月份的水面淹沒范圍而言，2011年9月的明顯縮小得更快.因而總的來看，2011年的干旱程度比2006年更嚴(yán)重.從區(qū)域分布來看，2006年和2011年水面淹沒范圍變化最大的都發(fā)生在東洞庭湖，其次是南洞庭湖，西洞庭湖的變化最小.全年在洞庭湖的水道河道以及主體湖泊均有水面淹沒，變化的區(qū)域主要在湖區(qū)邊緣的洲灘地帶，漲水時(shí)期與退水時(shí)期水面淹沒范圍的變化方向相反。

3.2 干旱的時(shí)間變化過程

水面面積的大小變化在一定程度上表征了干旱的發(fā)生及持續(xù)過程.因此，本文的干旱時(shí)間變化過程主要基于洞庭湖的水面面積變化特征進(jìn)行分析.由洞庭湖水體面積年內(nèi)逐月變化可知，2006年洞庭湖水體面積變化主要分為兩個(gè)階段:11月至次年4月水體范圍較??；5-10月較大.其中，2月份最小，約為329.16km2，7月份最大，為2048.38km2.2006年洞庭湖水面面積季節(jié)變化明顯，除3月和5月外，其他各月水面面積均低于多年平均水平(2000-2012年)，且夏、秋季(6-11月)水面面積明顯偏小，水面縮小時(shí)間也較為提前，即在8月湖泊水面便開始急劇變小，提前進(jìn)入枯水期.從各個(gè)區(qū)域來看，東洞庭湖的水面面積最大(143.09～1082.38km2)，西洞庭湖的水面面積最小(35.84～253.88km2)，南洞庭湖的水面面積介于兩者之間(150.22～712.13km2).各個(gè)區(qū)域的水面面積變化趨勢(shì)與整個(gè)湖體水面面積的變化趨勢(shì)一致.總的來看，東洞庭湖的變化最大，西洞庭湖的變化最平緩。

2011年洞庭湖水面面積變化也可分為與2006年相同的兩個(gè)階段，反映出洞庭湖在洪水期東、西、南洞庭湖連成一片汪洋，枯水期僅存幾條帶狀水域的季節(jié)性變化特征.全年水面面積2月最小，約為379.56km2，8月最大，為1681.65km2.全年逐月水面面積除3月略高外，其他月份都低于多年平均水平(2000-2012年)，尤其在4-11月份比較明顯，表明這一階段為2011年的干旱時(shí)期.6-8月的水面面積相對(duì)前期有較大的變化，但未恢復(fù)到正常水平，因而是干旱緩解階段，之后湖區(qū)水面面積繼續(xù)減小，干旱繼續(xù)嚴(yán)重化.各區(qū)域的水面面積仍然是表現(xiàn)為東洞庭湖最大(92.63～951.04km2)，南洞庭湖次之(209.19～511.08km2)，西東洞庭湖最小(77.75～219.52km2)，變化趨勢(shì)與湖體整體類似，整個(gè)湖區(qū)的水面變化在時(shí)間和空間上都是一致的(圖5)。

對(duì)比2006和2011年干旱事件的時(shí)間變化過程發(fā)現(xiàn)，2006年干旱大約從7月開始，到12月結(jié)束；2011年的干旱則從4月開始，11月結(jié)束.在干旱時(shí)期內(nèi)，2006年從8月開始水面面積急劇變小，9-11月的水面面積與多年平均水平相差較大，表明這一階段干旱有所加劇.2011年的干旱情況相對(duì)2006年復(fù)雜，從4月份開始進(jìn)入干旱，5月份水面面積與多年平均水平差距拉大，表明干旱加重，6-8月份水面面積在前期基礎(chǔ)上急劇增大，與多年平均水平差距減小，說明在這一時(shí)期干旱有所緩解，但并沒有達(dá)到正常水平，在接下來的9-11月期間，干旱相對(duì)前期又繼續(xù)加重(圖5).總的來說，2011年干旱的持續(xù)時(shí)間相對(duì)2006年更長(zhǎng)。

圖5 2006、2011年洞庭湖湖體及東、南、西各區(qū)水面面積與多年平均值(2000-2012年)的比較Fig.5 Water surface area differences in east, south and west Lake Dongting of 2006 and 2011 and multi-year(2000-2012)average

3.3 干旱事件成因

圖6 2006、2011年流域降水量與多年月均降水量(1987-2011年)的比較Fig.6 Rainfall differences between 2006,2011 and multi-year(1987-2011)average

2006年洞庭湖提前進(jìn)入枯水期，在7-12月份出現(xiàn)干旱，原因是多方面的：(1) 從氣溫來看，2006年夏季6-8月份，四川、重慶大部分地區(qū)持續(xù)高溫少雨，先后發(fā)生嚴(yán)重干旱[25]，對(duì)長(zhǎng)江中下游地區(qū)影響嚴(yán)重.洞庭湖區(qū)在35℃以上的高溫天氣持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，氣溫較多年平均值明顯偏高，高溫加劇了水分蒸發(fā)和作物蒸騰，極大地加重了干旱程度.(2) 從降水量來看，流域全年總降水量約為1408.97mm，比多年平均(1987-2011年)降水量偏高4.63mm.單從全年降水總量來看，2006年降水不屬于干旱年份，但是上半年和下半年降水特點(diǎn)差異很大.上半年1-6月份除2月流域降水量明顯偏高多年平均水平69.05mm外，其他月份均低于平均水平.下半年7-12月干旱期降水總量為567.42mm，比多年平均值略高0.99%，7、10和11月分別偏高64.77、6.54和17.46mm，8、9和12月的降水量則明顯低于多年平均水平，分別偏少21.16%、25.97%和62.37%(圖6)，可見，從干旱期的降水總量及逐月降水來看，除8、9、12月降水量偏少明顯外，其他月份的降水量維持在多年平均水平附近或大于多年平均水平，從這一方面來看，流域降水量偏少可能不是2006年干旱的主要原因.(3) 從徑流來看，2006年洞庭湖全年入湖和出湖流量均低于多年平均水平(圖7a).水文統(tǒng)計(jì)分析得到，8-11月，洞庭湖湘、資、沅、澧“四水”和松滋、太平、藕池“三口”分泄入湖的長(zhǎng)江入湖水量以及直接入湖的汨羅江和新墻河等總水量為451.44×108m3，比歷史同期均值586.84×108m3偏少23.07%.其中長(zhǎng)江“三口”持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間斷流，入湖徑流量?jī)H為45.50×108m3，比多年同期均值偏少74.70%.“四水”入湖水量?jī)H297.26×108m3，較歷年同期偏少30.40%.除湘江略多1.5成及資水與歷年同期基本持平外，沅水偏少約6成，澧水偏少9成.另外，城陵磯出湖徑流為422.61×108m3，比歷年同期減少約52.26%.湖區(qū)出湖總徑流減少的比例大于入湖總徑流的比例，其根本原因在于入湖徑流的減少，“三口”流量創(chuàng)1980年以來最低，“四水”流量則僅次于1992年的最低值，兩者共同形成了2006年罕見的湖泊秋旱.這一原因在洞庭湖總?cè)牒搅髋c出湖徑流相減得到的蓄水量變化(圖8)中也可以得到解釋.2006年7-12月中，除7和9月的總?cè)牒搅餍∮诔龊搅?，蓄水量變化為?fù)值，湖容減小外，8、10、11和12月的總?cè)牒搅骶笥诔龊搅?，蓄水量變化為正值，湖容增?這6個(gè)月的蓄水量變化均大于多年平均蓄水量變化，而湖泊水面面積相對(duì)多年平均卻是縮小的，其根本原因便在于入湖徑流的減少.另外，據(jù)孫占東等[26]的研究顯示，長(zhǎng)江上游天然來流量的減少是洞庭湖近年枯水水情的主因，三峽蓄水只是起到了加強(qiáng)作用.結(jié)合前面對(duì)降水的分析可以看出，2006年干旱屬于“三口四水”等入湖徑流減少主導(dǎo)的水文干旱事件。

圖7 2006、2011年湖區(qū)入出湖徑流量與多年平均值(1953-2011年)的比較Fig.7 Discharge differences between 2006,2011 and multi-year(1953-2011) average

圖8 2006、2011年蓄水量變化(總?cè)牒?總出湖量)與多年平均值(1953-2011年)的比較Fig.8 Storage differences between 2006,2011 and multi-year(1953-2011) average

2011年全年各月的水面面積低于多年平均水平.(1) 從氣候的角度來看，影響湖泊面積變化的主要?dú)夂蛞蛩厥墙邓邓澣笔瞧渌鞣N干旱的根本原因.流域內(nèi)的極端降水在一定程度上影響入湖水量，從而導(dǎo)致極端水面面積的情況.2011年降水量顯著減少和雨量在年內(nèi)分配不均是引起干旱的原因之一.氣象資料顯示(圖6)，2011年洞庭湖流域全年降水量約為993.20mm，比多年平均降水偏低約29.28%.在全年12個(gè)月中，除了6和10月分別偏多57.65和25.72mm外，其余各月降水量持續(xù)偏少，尤其是在干旱期內(nèi)4-5月降水量總量偏少50%以上，7月的降水量比多年平均偏低最明顯，低于多年平均水平71.53%，其他月的降水量低于多年平均水平50%左右.可見，由降水減少所引起的氣象干旱對(duì)2011年洞庭湖干旱產(chǎn)生了較大的影響.(2) 由于降水偏少，湖區(qū)徑流量也相應(yīng)減少，湖泊蓄水量銳減.上半年至5月末，“四水”主要控制站來水量382×108m3，較多年同期均值偏少約50%，比歷年同期最少年份(1979年)還少29%，為建國(guó)以來歷年同期最小值.其中湘、資、沅、澧“四水”各控制站較歷年同期分別偏少49%、43%、50%和69%.“三口”入湖水量約13.70×108m3，不及歷年同期均值的一半.下半年除6月份的入湖徑流量較接近多年平均水平外，其他幾個(gè)月的入湖總徑流量均與多年平均值相差甚遠(yuǎn).在干旱期4-11月，總?cè)牒搅髁考s1114.40×108m3，比多年平均水平減少了47.01%.相比總?cè)牒搅髁?，出湖徑流量減少得更多，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示(圖7b)，4-11月總出湖徑流量約為1138.86×108m3，比多年平均出湖徑流量減少了46.69%，由此將總?cè)牒搅髁颗c出湖徑流量相減得到的蓄水量變化(圖8)呈現(xiàn)4-6月為正、7-11月為負(fù)的結(jié)果.在4-6月，總?cè)牒搅髁看笥诳偝龊搅髁浚钏孔兓癁檎?，總的蓄水量增加，但仍小于多年平均水平?-11月，總?cè)牒搅髁啃∮诔龊搅髁?，蓄水量變化為?fù)，大于多年平均水平，但不管哪一階段，湖泊水面相對(duì)多年平均值總是縮小的，其根本原因也是由于入湖徑流量的減少，從而導(dǎo)致了一系列后續(xù)變化，湖泊水面呈現(xiàn)出萎縮狀態(tài).總的來說，2011年干旱屬于流域降水減少引起的水文和氣象干旱事件。

對(duì)比2006和2011年干旱發(fā)生的原因發(fā)現(xiàn)，兩種干旱事件的主導(dǎo)因素不同.2006和2011年的湖區(qū)全年降水總量均小于多年平均水平，但從年內(nèi)逐月降水量來看，在干旱時(shí)期內(nèi)，2011年的逐月降水比多年月平均值偏低得更明顯，說明2011年干旱部分是由氣象干旱引起的，而2006年逐月降水與多年平均值雖存在差異，但還不至于引起嚴(yán)重的氣象干旱.徑流方面來看，2006和2011年的出湖總徑流量減少的比例小于入湖總徑流量，其根本原因都是入湖徑流量減少.入湖徑流量減少導(dǎo)致出湖徑流量和蓄水量變化的減少.總的來說，2006年干旱主要由水文因素引起，2011年干旱則由水文和氣象因素共同引起。

4 結(jié)論

本文基于洞庭湖區(qū)水文氣象資料以及衛(wèi)星遙感影像資料，對(duì)2006和2011年湖區(qū)水面進(jìn)行提取，針對(duì)這兩年發(fā)生的極端干旱事件，闡釋洞庭湖的水域分布及變化過程，對(duì)比分析這兩個(gè)干旱事件發(fā)生發(fā)展過程的一致性和差異性，揭示了洞庭湖區(qū)干旱成因的多樣性和復(fù)雜性，得到的主要結(jié)論為：

1) 從干旱的空間變化過程來看，2006年的水面淹沒范圍大于2011年.2006年的水面淹沒范圍在1-7月呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，且在7月份達(dá)到最大，水面變化方向?yàn)橛珊南蛑苓厰U(kuò)散，8月以后水面開始急劇縮小，提前進(jìn)入枯水期，隨后水面淹沒范圍呈減小趨勢(shì).各區(qū)域的水面淹沒范圍變化不同，東洞庭湖變化最大，南洞庭湖次之，西洞庭湖最小.2011年的水面淹沒范圍在1-5月份都較小，6月份急劇增大且一直到8月份都維持在較高的水平，9月份后水面開始萎縮.各區(qū)域的水面淹沒范圍變化同2006年基本類似。

2) 從干旱的時(shí)間變化過程來看，2006年干旱大約從7月開始，到12月結(jié)束；2011年的干旱則從4月開始，11月結(jié)束.在干旱期內(nèi)，2006和2011年的水面面積幾乎都低于多年平均水平，但2011年的差距更大.干旱期水面面積的時(shí)間變化趨勢(shì)與空間變化趨勢(shì)一致.與2006年干旱事件不同的是，2011年的干旱在6-8月有緩解的過程，但未恢復(fù)到正常水平，因而在9月份后干旱繼續(xù)加重。

3) 從干旱事件的原因來看，2006年干旱屬于“三口四水”等入湖徑流減少主導(dǎo)的水文干旱事件，2011年則是由流域降水減少引起的水文和氣象干旱事件.可見，洞庭湖區(qū)干旱存在著多因素性和復(fù)雜性，為此應(yīng)針對(duì)洞庭湖區(qū)的具體干旱情況制定科學(xué)合理的措施，加強(qiáng)防旱抗旱工作，減緩區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題。

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J.LakeSci.(湖泊科學(xué))， 2016， 28(1)： 207-216

?2016 byJournalofLakeSciences

Sharp change of lake levels during the two extreme droughts and its hydroclimatic processes in Lake Dongting, China

JI Hongxia1,2，WU Guiping1& LIU Yuanbo1**

(1：KeyLaboratoryofWatershedGeographicSciences,NanjingInstituteofGeographyandLimnology,ChineseAcademyofSciences,Nanjing210008,P.R.China)

(2：UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,P.R.China)

Abstract：Lake Dongting has been subjected to drought which threatens grain production and people’s lives. For investigation of extreme droughts in 2006 and 2011, water surface changes and its tempo-spatial variation characteristics were identified with data of remote sensing images. The similarities and differences for the two drought events were analyzed from respects of changes in temperature, precipitation, runoff and storage capacity, by using the hydrological and meteorological data. The main results are as follows. The first drought lasted from July to December in 2006. The water area expanded from the lake center to all-around low lands. The peaks occurred at July and receded at August in 2006, where the reduced area focused on periphery of east Lake Dongting and north of south Lake Dongting. Drought was mainly caused by discharge reduction in 2006. While in 2011, drought lasted from April to November, and was aggravated in September. The inundated area increased sharply in June and retained a high level until August. During water rose period, water submerges from the center to the surrounding areas, while in water withdrawal period, change direction of water area reverse of water rose period. Drought was caused by combined effects of hydrological and meteorological factors in 2011. The results revealed that there were diversity and complexity of drought causes in Lake Dongting, which can provide useful guidance and advice for making scientific measures to abate drought disaster。

Keywords：Lake Dongting area; remote sensing; water surface range; drought; causes

通信作者*；E-mail:ybliu@niglas.ac.cn。

DOI10.18307/2016.0124