新疆干旱区湿地景观格局遥感动态监测与时空变异_朱长明
第30卷第15期农业工程学报 V ol.30 No.15
2014年8月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Aug. 2014 229 新疆干旱区湿地景观格局遥感动态监测与时空变异
朱长明1，李均力2※，常存2，张新3，骆剑承3（1. 江苏师范大学城市与环境学院，徐州 221116； 2. 中国科学院新疆生态与地理研究所，乌鲁木齐 830011；
3. 中国科学院遥感与数字地球研究所，北京 100101）
摘要：为了解和掌握全球变化环境下中国干旱区湿地的分布现状、变化过程和时空格局特征，该文通过多源遥感技术手段，采用面向对象分类方法和目视解译相结合，完成了干旱区湿地信息的多期监测，实现了新疆地区2000、2005和2010年的湿地分布制图，并利用动态度模型和地统计方法计算了近10 a时空变化情况，分析了湿地变化的时空特征。研究结果表明：1）近10 a来全疆干旱区湿地约增加了10.1%，2010年新疆湿地总面积达到
22 438 km2，较2000年约增加了2 065 km2；2）在类型构成上，2010年河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地和人工湿
地所占比例分别为42.73%、29.43%、17.98%、8.92%和0.94%；3）在空间分布上，南北疆呈现不均衡，南疆湿地约占总体的76%，北疆湿地仅占24%；主要分布在塔里木流域，以河流湿地为主，空间分布差异显著；4）新疆湿地面积总体上呈增多的趋势，不同类型的湿地面积变化幅度差异较大。沼泽湿地和人工湿地的动态度分别为：
2.58%、2.43%，河流湿地与湖泊湿地的动态度为：0.59%、0.43%；净增量最大的是沼泽湿地和河流湿地，分别增
加了827.92和531.86 km2，占湿地净增量的65.85%。在变化原因上，全球变暖、新疆区域气温升高和降水增多是湿地近年来增加的主要原因；人类活动的干扰，加剧了湿地变化的复杂性和空间差异性。研究结果可为区域生态环境变化研究以及湿地资源的保护规划提供数据支持和结论参考。
关键词：湿地；遥感；监测；时空变化；新疆；干旱区
doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.15.030
中图分类号：F301.2; PD824 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2014)-15-0229-10
朱长明，李均力，常 存，等. 新疆干旱区湿地景观格局遥感动态监测与时空变异[J]. 农业工程学报，2014，30(15)：229－238.
Zhu Changming, Li Junli, Chang Cun, et al. Remote sensing detection and spatio-temporal change analysis of wetlands in Xinjiang arid region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(15): 229－238. (in Chinese with English abstract)
0 引 言
作为区域的气候调节器、水资源库，湿地在调节气候、降解污染、蓄洪防旱、维护生物多样性等方面均发挥重要作用[1]。作为全球湿地的重要类型之一干旱区湿地，对于气候变化和人类活动的响应更为敏感，如湿地的游移、萎缩、扩张乃至消失，都深刻反映区域生态环境的变化，对干旱区水资源和生态环境将产生重要的影响[2]。及时了解和掌握干旱区湿地分布现状和变化趋势，对于区域生态环
收稿日期：2013-12-01 修订日期：2014-07-04
基金项目：国家自然科学基金（41201460, U1178302, 61375002），水利部公益性行业科研专项经费项目（201201092），江苏师范大学自然科学研究基金项目(12XLR011)共同资助
作者简介：朱长明（1983－），男，安徽庐江人，博士，助理研究员。主要从事遥感信息智能提取以及干旱区水资源、湿地生态环境遥感研究等。徐州江苏师范大学城市与环境学院，221116。
Email: zhuchangming@https://www.wendangku.net/doc/2b17975569.html,.
※通信作者：李均力（1980－），男，中国科学院新疆生态与地理研究所副研究员，现主要从事遥感信息提取，湖泊变化和干旱区水平衡研究。乌鲁木齐中国科学院新疆生态与地理研究所，830011。
Email: jli@https://www.wendangku.net/doc/2b17975569.html, 境保护和规划具有重要意义。随着卫星遥感技术的发展，遥感以其覆盖范围广、信息量大、重复监测时间短、信息更新快等优点，为湿地资源的周期性动态监测和湿地科学研究手段带来了革新[3-7]。
在湿地景观格局变化遥感监测研究方面，Kinsford等[8]运用卫星影像监测了澳大利亚Mumimbidgee河的洪泛湿地在1975、1998年间的面积变化。王宪礼等[9]利用RS/GIS手段对辽河三角洲1986年和1994年2个时段的湿地景观进行了研究分析。刘红玉等[10]在研究湿地景观生态制图分类的基础上，系统地分析了三江平原景观分异的主导因素。汪爱华等[11]探讨了三江平原沼泽湿地的动态变化特征。刘红玉等[12]2002年对进20 a来挠力河流域湿地景观变化过程进行了时空定量研究分析，探讨了土地利用和湿地之间的演化规律及其对湿地的影响机制。丁圣彦等[13]研究了近20 a来河南沿黄湿地的景观格局演化。Liang Guofu等[14]对长江流域河南境内的湿地景观变化驱动力进行了分析。姜玲玲等[15]对2000和2006年大连滨海湿地景观格局变化及其驱动力因子进行了研究。宫兆宁等[16]
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应用1984–2008 年多时相长时间序列的TM遥感数据，对北京湿地景观格局演变特征与驱动机制分析，探索了其演变机制。刘艳艳等[17]以珠海市1988、1998和2008年3期TM影像，运用土地利用转移矩阵和景观格局指数模型，对珠海市滨海湿地20 a间景观格局的动态变化过程进行定量分析。
从现有的研究可以看出，研究对象主要在“点”类型（湖泊、河口或沼泽等典型湿地）和“面”类型（行政区域或流域三角洲）两大类，“点”类型研究居多，大区域的“面”类型研究较少。另外，中国湿地景观格局变化研究集中在中东部经济较为发达的地区，而对西部地区较少，尤其对全球环境变化的敏感区和生态环境的脆弱区——干旱区湿地景观变化研究更少。鉴于此，笔者借助于多源遥感数据，开展了新疆湿地分布信息遥感详细调查，完成了新疆干旱区湿地的3期遥感制图，研究分析了其时空分布格局和动态变化过程，为新疆干旱区湿地生态环境的保护和规划提供强有力数据支撑。
1 研究区概况
新疆地处中纬度欧亚大陆腹地（75°～95°E，35°～50°N），总面积约166万km2[18]，属典型的大陆性干旱气候区和生态脆弱区[19]。天山山脉将整个区域分成两大部分，天山与昆仑山之间的塔里木盆地——南疆，天山与阿尔天山之间的准噶尔盆地——北疆（见图1），南北疆气候差异显著[20]。目前新疆拥有各类湿地148.35万hm2，包括河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地、库塘湿地等。主要分布在巴音郭楞蒙古自治州、博尔塔拉蒙古自治州、阿勒泰地区，3个地州占新疆湿地面积的61%以上[21]。
图1 研究区位置
Fig.1 Location of study area 2 数据来源与研究方法
2.1 资料来源
根据研究区存档卫星数据的影像质量、成像时间等信息，选取覆盖全区的3期季相相对一致的遥感影像作为干旱区湿地监测与分析的数据源。遥感影像分别为：2000年的ETM+ (enhenced thematic mapper plus 增强型专题制图仪)数据；2005年的TM（thematic mapper）数据；以及2010年的TM 数据。部分地区数据的空缺，采用了CBERS等其他卫星影像代替。对遥感做辐射校正与几何校正预处理，并统一坐标与投影信息。
2.2 研究方法
2.2.1 干旱区湿地分类指标体系
在干旱区湿地分类体系上，依据遥感可分性原则，结合国际上的主要的湿地分类体系以及近年来国内调查研究[22-23]，将干旱区湿地分为：河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地和人工湿地四大类，河流湿地、湖泊湿地、林地湿地、灌丛湿地、草本湿地、水库/坑塘、运河/水渠7个亚类，见表1。
表1 干旱区湿地分类指标体系
Table 1 Classification system for arid wetlands
编码
Code
类型
Type
亚类
Subtype
主要解译标志
Interpretation key 21河流湿地河流湿地天然河流、溪流等流动湿地
22湖泊湿地湖泊湿地湖泊等相对静止的水面。
林地湿地
乔木植物为主的湿地，植被郁闭度
不低于15%。
灌丛湿地
灌木植物为主的湿地，植被郁闭度
不低于15%。
23沼泽湿地
草本湿地
以喜湿苔草、及禾本科植物占优势、
多年生植物。植被郁闭度不低于
15%。
水库/坑塘
人工建造的静止湿地，包括鱼塘、
盐场。
24人工湿地
运河/水渠人工建造的线性的水面。
注：湿地中的水田更多作为耕地资源，本文湿地研究中没有考虑。Note: Paddy field as farmland resource, it is not included in this research.
2.2.2 湿地遥感分类与制图
由于湿地景观类型差异显著，光谱不确定性，大区域影像机器自动解译，精度难以得到充分保证。本文在面向对象信息提取[2]的基础上，通过多特征融合的湿地信息分层提取与图斑更新技术，实现湿地信息的初步提取。再通过人工目视解释补充判读与检验，这种半自动化湿地信息提取方式，完成了新疆干旱区2000、2005和2010年湿地信息遥感监测。新疆干旱区2000－2010年3期湿地遥感制图见图2。从图2湿地分布遥感监测图上，可以看出新疆干旱区湿地主要分布在塔里木河、额尔齐斯河、伊犁河（三大流域），以及昆仑山和天山北坡地区。
第15期
朱长明等：新疆干旱区湿地景观格局遥感动态监测与时空变异
231
图2 新疆湿地分布遥感动态监测图
Fig.2 Wetlands dynamic distribution map in Xinjiang arid area
图3 不同类型湿地面积构成比例
Fig.3 Area ratio of different type of wetland in Xinjiang
从图3的新疆干旱区各种类型湿地统计直方图可以看出新疆湿地的类型构成比例。新疆干旱区湿地分布最为广泛的是河流湿地，其次是湖泊湿地，两者总面积约占全疆湿地总面积的72%；沼泽湿地和人工湿地（水库/坑塘、运河/水渠）分布相对较
少，约占湿地总面积的28%。
3 湿地景观时空变异分析
3.1 湿地时空变化过程 3.1.1 时间过程变化
分析新疆干旱区湿地时间变化过程，一方面需要弄清湿地自身的变化程度；另一方面需要表达流域湿地变化的时间特征。为此，文章从湿地景观面积地学统计角度，引入了湿地景观变化动态度（DC ：
dynamic change ）模型
[24-25]
，从定量的角度，对研究区范围内湿地时间变化过程进行了定量评价，见表2。
湿地变化动态度计算公式如下：
DC ()//100%a b b U U U T =?× （1）
式中：DC 为T 年的湿地变化动态度，%；b U 为研究初期湿地面积，km 2；a U 为研究末期湿地面积，km 2；T 为时间，a 。从动态计算模型可以看出：它不仅可以描述湿地自身的变化程度，还可以反映湿地变化时间特征。
农业工程学报 2014年232
表2 新疆干旱区湿地景观分布面积变化统计表
Table 2 Dynamic change statistics of wetlands in Xinjiang arid area
2000－2005年 2005－2010年 2000－2010年
面积Area/km2
变化量
Change/km2
动态度
DC/%
面积
Area/km2
变化量
Change/km2
动态度
DC/%
面积
Area/km2
变化量
Change/km2
动态度
DC/%
河流湿地
River wetland
9 057.29 76.55 0.17 9 133.83 455.32 1.00 9 589.15 531.86 0.59
湖泊湿地
Lake wetland
6 331.09 -132.68 -0.42 6 198.41 406.10 1.31 6 604.50 273.42 0.43
沼泽湿地
Marsh wetland
3 206.80 281.97 1.76 3 488.78 545.95 3.13
4 034.73 827.92 2.58
水库/坑塘
Reservoir/pond
1 629.10 161.57 1.98 1 790.67 209.67 2.34
2 000.34 371.24 2.28
运河/水渠
Canal/channel
149.42 47.92 6.41 197.34 12.90 1.31 210.24 60.82 4.07
湿地总量
Total value
20 373.69 435.33 0.43 20 809.03 1 629.93 1.57 22 438.96 2 065.27
1.01
从表2可以看出，湿地作为干旱区重要的景观类型，总量呈现增长趋势，10 a间湿地面积约增加了2 065.27 km2，增幅达到10.14%。从增加的速度上看，后5 a增加的速度要大于前5 a；2000－2005年新疆干旱区湿地以0.43%/a的速度增加，2000－2005年新疆干旱区湿地以1.57%/a的速度增加。在各湿地类型中，增幅最大的为运河/水渠等人工湿地，动态度达到 4.07%，其次为沼泽湿地和水库/坑塘，动态度分别为：2.58%、2.28%，河流湿地和湖泊湿地动态度分别为0.59%、0.43%；而面积净增量最大为沼泽湿地，10 a面积增加了827.92 km2，其次为河流湿地和水库/坑塘，面积分别增加了531.86、371.24 km2。所以综合来看，各类湿地中沼泽湿地和人工湿地（水库/坑塘，运河/水渠）变化最为强烈。
图4
新疆干旱区湿地变化趋势
Fig.4Change trend of wetland in Xinjiang arid area
新疆干旱区湿地变化趋势线，见图4。从变化趋势可更为直观地看出2000－2010年新疆湿地的变化过程和未来趋势，由于研究区各类型湿地均表现为增加趋势，所以在总体上必然呈现增加。2000、2005、2010年新疆干旱区湿地的总面积分别为：20373.69、20809.03、22438.96 km2，2000－2005年湿地面积增加了2.15%，2005－2010年湿地面积增加了7.85%。通过对变化曲线的多项式拟合得到湿地变化趋势线，见图4中的黑色虚线。从中可以看出新疆干旱区湿地面积变化的总体趋势。
3.1.2 空间格局变化分析
新疆干旱区湿地在空间分布格局上，表现为区域分布不平衡性。南北疆分布严重不平衡，三大流域（塔里木河、额尔齐斯河和伊犁河）差异显著。图5显示了三大流域湿地的构成比例，从中可以看出，湿地主要分布在南疆的塔里木河流域。2010年塔里木流域湿地约为11 407 km2，额尔齐斯河流域中国境内为 2 206 km2，伊犁河流域境内湿地为629 km2，塔里木河流域湿地约占新疆湿地总面积的50%；额尔齐斯河流域中国境内湿地约占新疆湿地总面积的10%；伊犁河流域中国境内湿地面积约占湿地总面积的3%。
图5 新疆三大流域湿地面积构成比例
Fig.5 Area ratio of wetlands in three river basin
新疆干旱区湿地的增加热点区和减少热点区见图6。从图6上可以明显看出新疆湿地的变化热点区域。湿地增加的区域主要分布在额尔齐斯流域、天山北坡、昆仑上北坡以及塔河中下游；湿地减少区域主要在准格尔盆地和塔河上游。
第15
期
朱长明等：新疆干旱区湿地景观格局遥感动态监测与时空变异
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图6 新疆干旱区湿地空间变化
Fig.6 Wetlands spatial change in Xinjiang arid area
根据2个时期的景观类型矢量数据，通过空间叠加分析，得到2个时段的地表景观类型转移矩阵。动态转移矩阵明确地反映了各种景观类型的流转去向，对于分析生态景观动态变化和原因分析具有
重要价值[26]。
2000－2010年新疆湿地景观动态转移矩阵，见表3。文中通过动态转移矩阵分析发现：新疆湿地存在大量的湿地与非湿地类型之间的转换，2000－2010年间有10.93%的湖泊湿地、6.13%的河流湿地和11.48%的沼泽湿地转为非湿地，同时有0.08%的非湿地转为湖泊湿地、0.07%的非湿地转为河流湿地、0.05%的非湿地转为沼泽湿地和0.05%的非湿地转为人工湿地；而在湿地内部不同类型的湿地转移较少，主要表现为沼泽湿地与河流湿地、湖泊湿地和人工湿地的相互转换。
表3 新疆干旱区2000－2010湿地景观要素转移矩阵 Table 3 Transition matrix of wetlands landscape in Xinjiang
%
湖泊湿地 Lake wetland
河流湿地 River wetland
沼泽湿地 Marsh wetland
运河/沟渠 Canal/channel
水库/坑塘 Reservoir/ponds
非湿地 Non-wetland
湖泊湿地 Lake wetland 83.79 0.15 4.79 0.01 0.34 10.93 河流湿地 River wetland 0.01 92.71 0.97
0.19 6.13 沼泽湿地 Marsh wetland 0.74 0.54 85.40 0
1.84 11.48
运河/水渠 Canal/channel 0.00 0.05 0.03 93.70 0.01 6.66 水库/坑塘 Reservoir/ponds
1.33 0.39 4.41 0.04 6
2.62 31.21 非湿地 Non-wetland
0.08 0.07 0.05
0.05 99.74
3.2 区域变化差异分析
为了进一步分析新疆湿地的时空变化特征，同时考虑到南北疆的气候差异，通过南北疆的矢量文件与湿地分布的叠加统计，得到南北疆的湿地分布情况，见图7。从南北疆湿地总量变化柱状图上可以看出，南北疆湿地分布量的差异显著。南疆湿地
总面积约为16 000 km 2，
占全疆湿地总面积的76%；北疆湿地总面积约
5 200 km
2，仅占总面积的24%；南疆约为北疆的3倍。
在流域特征分析上，选择南北疆两大典型流域为对照，北疆选取了额尔齐斯河流域中国境内的湿地，南疆选取了塔里木河流域的湿地，动态变化统计见表4。从表4可以清楚地看出：2000－2010年，额尔齐
图7 南北疆湿地总量变化柱状图
Fig.7 Histogram of wetlands total area change in northern and
sorthern Xinjiang
斯河流域中国境内湿地总量增加了234.97 km 2，增幅
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为11.9%。其中，河流湿地面积以年平均2.50%的速度增加，湖泊湿地面积以年平均0.36%的速度增加，沼泽湿地的面积以年平均2.75%的速度增加，水库/坑塘湿地以年平均 1.52%的速度增加，运河/沟渠以年平均6.51%的速度增加。2000－2010年，塔里木河流域湿地总量增加了1 430.52 km2，增幅为14.3%。其中，河流湿地面积以年平均0.99%的速度增加，沼泽湿地的面积以年平均2.45%的速度增加，水库/坑塘湿地以年平均1.04%的速度增加，运河/沟渠以年平均1.43%的速度增加；而湖泊湿地面积以年平均0.61%的速度减少。以上统计数据表明，南北疆不同的流域湿地变化特征显著不同。
表4 南北疆不同流域湿地变化对比分析
Table 4 Comparison of wetlands dynamic change of different basins between northern and southern Xinjiang
km2
河流湿地River wetland
湖泊湿地
Lake wetland
沼泽湿地
Marsh wetland
水库/坑塘
Reservoir/pond
运河/水渠
Canals/channel
总面积
Summary area
北疆（额河）Ertix basin 243.71 1 183.29 301.56 219.81 23.44 1 971.81
2000年
南疆（塔河）
Tarim basin
5 049.07 1 715.73 2 132.60 967.83 111.6
6 9 976.90
北疆（额河）Ertix basin 304.53 1 225.87 384.50 253.19 38.70 2 206.79
2010年
南疆（塔河）
Tarim basin
5 551.28 1 611.77 2 916.60 1 204.52 123.24 11 407.42
北疆（额河）Ertix basin 2.50% 0.36% 2.75% 1.52% 6.51% 1.19%
动态度
DC 南疆（塔河）
Tarim basin
0.99% -0.61% 3.68% 2.45% 1.04% 1.43%
4 讨 论
干旱区湿地在分布上呈明显的不连续性，与荒漠机制有着密切的生态过程联系。其中水源是核心，是湿地一切生命活动的根源。水体的分布同湿地的分布必定存在空间和机理上联系，水分的平衡关系决定了湿地的消长。而改变区域水分平衡主要有气候变化和人类活动两大因素。
全球变暖已是不争的事实，降雨量和蒸散发量都发生了显著变化而且在未来继续变化。施雅风研究指出，在全球气候变暖的背景下，中国新疆地区的气候发生由暖干向暖湿的转变[27]。国内学者研究发现自20世纪80年代中期以来，新疆地区降水量存在逐渐增多的趋势，且南疆降水量高于北疆地区[28]。1961－2008年，新疆各区域年平均气温呈一致的上升趋势，北疆线性增温率为0.38℃/10 a，南疆为0.28℃/10 a，北疆增温幅度大于南疆地区[29]。白洁通过降水格网数据分析得到，20世纪80年代中后期以来，新疆北部区域以及哈萨克斯坦东部地区的降水呈增多的区域，天山山区、新疆南部和北部的气温均呈现显著上升趋势[30]。降水对于湿地来说是正相关，降水的增多有利于湿地的扩张；但是气温这一因子对湿地的影响较为复杂，对于湿地的影响具有明显的地域性[2]。首先气温升高湿地水分蒸发加大，导致湿地萎缩，但是，另一方面气温升高有利于冰雪消融，增加湿地的水源补给。对于新疆这样的干旱区来说，盆地平原本身不产流，地表水地下水同源于山区的冰雪融水，气温的升高增加了流域冰川积雪的融化，表现为增加了对湿地水源的供给。这解释了近年来新疆湿地普遍增加的一个重要原因。
人类通过自身的农业生产活动改变了湿地的分布和格局。一方面通过农垦活动侵占湿地，截留湿地水源补给，造成湿地资源的萎缩；另一方面，人类为了增加土地的有效利用，通过兴修水利、开挖水渠等方式增加了人工湿地。有关研究表明，新疆耕地在总体上一直呈现增长的趋势，1995年到2008年间新疆耕地增加了126.39万hm2，其中2000－2005年增幅最大[31]。耕地增加[32]和水资源需求增大[33]，从而使新疆的湿地面积的变化在空间上产生分异，并不是每个区域湿地的增幅、增量和增减趋势都是一样的，而是不同的区域呈现不同的特点。并且，耕地的开垦加大了水利的兴修（沟渠、水库），导致了人工湿地的大量增加。另外，为了抢救塔里木河下游的生态环境，从2000年开始，博斯腾湖承担了向塔里木河下游绿色生态走廊应急输水的任务，从2000年5月中旬开始，至2011年11月，新疆已先后完成了十一次博斯腾湖向塔里木河下游生态输水，总输水量约30×108 m3，导致了流域补给量偏丰期湖泊水资源总量急剧下降。所以在补给量增加的同时，塔河流域湖泊湿地萎缩。
湿地的分布与动态变化与国内学者牛振国等[34]、杨涵等[35]的相关区域研究结论相一致。需要指出的是遥感影像记录的是地表的瞬时信息，部分遥感影像时相的稍微差异，加之湿地景观的过渡性、波动
第15期朱长明等：新疆干旱区湿地景观格局遥感动态监测与时空变异235
性和不稳定性，通过3期遥感的动态监测说明的问题可能不够准确。例如：区域湿地面积提取，不同年份的数据湿地提取分析上存在一些误差。所以，需要进一步加大观测密度，深入研究多要素复合下新疆干旱区湿地生态景观的变化过程和驱动机制，揭示和解释干旱区湿地变化机理，作为下一步研究工作的重点。
5 结 论
新疆干旱区内陆湿地是全球重要的湿地类型之一，具有重要的水文和生态功能。本文利用2000、2005和2010年的卫星遥感影像，完成了新疆干旱区湿地信息的3期遥感监测，实现了新疆地区2000、2005和2010年的湿地分布遥感制图和时空变化特征统计分析。研究得到：
1）新疆干旱区湿地主要分布在南疆的塔里木河流域。2010年湿地总面积达到22 438 km2，全疆湿地总量约增加了10%，较2000年约增加了2 065 km2。新疆湿地在类型构成上以河流湿地和湖泊湿地为主导，两者占了全疆总湿地面积的70%以上。
2）近10 a来，不论是湿地总量还是各类湿地分量均呈现增多的趋势，且增加速度加快。从变化幅度上看：沼泽湿地和人工湿地的变化幅度为25.8%和24.3%，明显于河流和湖泊湿地的5.9%和4.3%；从变化总量上看：沼泽湿地和河流湿地变化最大，分别增加了827.92和531.86 km2，占了湿地净增量的65.85%。
3）新疆干旱区湿地变化空间分异显著。由于气候变化和人类活动的共同影响，不同流域湿地变化呈现不同的特点。南疆塔里木河流域湿地的增量和增幅都要大于北疆额尔齐斯河流域；另外，并不是所有的湿地类型都呈现同一的变化特征，北疆额河流域的河流湿地和人工湿地增加速度明显大于南疆塔河流域，南疆的湖泊湿地呈现负增长。
4）在驱动力上，全球变暖、新疆区域气温升高和降水增多是近年来新疆湿地增加的主要原因；但是在短期内和局部区域受到人类活动的直接干扰，加剧了湿地变化的复杂性和差异性。
致谢：感谢地球系统科学数据共享平台——新疆与中亚数据共享平台提供的遥感数据，感谢中国科学院新疆生态与地理研究所新疆遥感与地理信息系统重点实验室在数据处理以及湿地制图、野外调查和验证中提供的帮助和支持，感谢中国科学院新疆生态与地理研究所包安民研究员在论文写作中的指导与建议。在此一并表示感谢。
[参 考 文 献]
[1] 刘小鹏. 西北典型湖泊湿地生态系统特征与综合评价
[M]. 中国环境科学出版社，北京：2010.
[2] 朱长明，李均力，张新，等. 新疆博斯腾流域湿地遥
感监测及时空变化过程[J]. 吉林大学报：地球科学版，
2013，43(3)：954－961.
Zhu Changming, Li Junli, Zhang Xin, et al. wetlands
mapping and spatio-temporal change analysis: a case
study on Bosten Basin, Xinjiang[J]. Journal of Jilin
University: Earth Science Edition, 2013, 43(3): 954－961.
(in Chinese with English abstract)
[3] Lioubimtseva E, Henebry G M. Climate and
environmental change in arid Central Asia- Impacts,
vulnerability, and adaptations[J]. Journal of Arid Environments, 2009, 73(11): 963－977.
[4] Kuzila M S, Rnndquist D C, Green J A. Methods for
Estimating Wetland Loss: the Rain basin Region of
Nebraska, 1927－1981[J]. Journal of Soil and Water
Conservation, 1991, 46(6): 441－446.
[5] Zhang S Q, Na X D, Kong B, et al. Identifying Wetland
Change in China’s Sanjiang Plain Using Remote Sensing[J]. Wetlands, 2009, 29(1): 302－313.
[6] Jensen J R, Ramsey E W, Mackey H E Jr, et al. Inland
wetland change detection using air craft MSS data[J].
Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 1987,
53(5): 521－529.
[7] 刘红玉，李玉凤，曹晓，等. 我国湿地景观发展现状、存
在问题和发展方向[J]. 地理学报，2009，64(11)：1394－
1401.
Liu Hongyu, Li Yufeng, Cao Xiao, et al. The current
problems and perspectives of landscape research of
wetland in china[J]. Acta Geographic Sinica, 2009,
64(11): 1394－1401. (in Chinese with English abstract) [8] Kingsford R T, Thomas R F. Use of satellite image
analysis to track wetland loss on the Murrurnbidge river
flood plain in arid Australia, 1975－1998[J]. Water
Science and Technology, 2002, 45(11): 45－53.
[9] 王宪礼，胡远满，布仁仓. 辽河三角洲湿地的景观变
化分析[J]. 地理科学，1996，16(3)：260－265.
Wang Xianli, Hu Yuanman, Bu Rencang, at al. Analysis
of wetland landscape changes in Liaohe delta[J]. Acta
Geographica Sinaca, 1996, 16(3): 654－662. (in Chinese
with English abstract)
[10] 刘红玉，吕宪国. 三江平原湿地景观生态制图分类系
统研究[J]. 地理科学，1999，19(5)：432－436.
Liu Hongyu, Lü Xianguo. Study on classification system
农业工程学报 2014年236
of middle scale landscape ecology mapping in the Sanjiang Plain[J]. Scientia Geographica Sinica, 1999, 19(5): 432－435. (in Chinese with English abstract) [11] 汪爱华，张树清，何艳芬. RS和GIS支持下的三江
平原沼泽湿地动态变化研究[J]. 地理科学，2002，
22(5)：636－640.
Wang Aihua, Zhang Shuqing, He Yanfen. Study on dynamic change of mire in Sanjiang Plain based on RS
and GIS[J]. Scientia Geographica Sinica, 2002, 22(5): 636－640. (in Chinese with English abstract)
[12] 刘红玉，张世奎，吕宪国. 20世纪80年代以来挠力河
流域湿地景观变化过程研究[J]. 自然资源学报，2002，17(6)：668－705.
Liu Hongyu, Zhang Shikui, Lü Xianguo. Processes of wetland landsacape changes in Naoli river basin since 1980s[J]. Journal of Nature Resource, 2002, 17(6): 668－
705. (in Chinese with English abstract)
[13] 丁圣彦，梁国付. 近20年来河南沿黄湿地景观格局演
化[J]. 地理学报，2004，59(5)：653－661.
Ding Shengyan, Liao Guofu. Landscape pattern change
of regional wetland along the Yellow River in Henan Province in the last two decades[J]. Acta Geographica Sinaca, 2004, 59(5): 653－661. (in Chinese with English
abstract)
[14] Liang Guofu, Ding Shengyan. Impacts of human activity
and natural change on the wetland landscape pattern along the Yellow River in Hennan Province[J]. Journal of
Geographical Sciences, 2004, 14(3): 339－348.
[15] 姜玲玲，熊德琪，张新宇. 大连滨海湿地景观格局变
化及其驱动机制[J]. 吉林大学学报：地球科学版，
2008，38(4)：670－675.
Jiang Lingling, Xiong Deqi, Zhang Xinyu. Change of landscape pattern and its driving mechanism of the coastal wetland in Dalian city[J]. Journal of Jinlin University: Earth Science Edition, 2008, 38(4): 670－675.
(in Chinese with English abstract)
[16] 宫兆宁，张翼然，宫辉力. 北京湿地景观格局演变特征与
驱动机制分析[J]. 地理学报，2011，66(1)：77－88.
Gong Zhaoning, Zhang Yiran, Gong Huili. Evolution of
wetland landscape pattern and its driving factors in Beijing[J]. Acta Geographic Sinica, 2011，66(1)：77－
88 (in Chinese with English abstract)
[17] 刘艳艳，吴大放，曾乐春，等. 1988－2008年珠海市
滨海湿地景观格局演变[J]. 热带地理，2011，31(3)：
199－205.
Liu Yanyan, Wu Dafang, Zeng Lechun, et al. Evolvement
of landscape pattern of the coastal wetland in Zhuhai
during 1988－2008[J]. Tropical Geography, 2011, 31(3):
199－205. (in Chinese with English abstract)
[18] 马勇刚，黄粤，陈曦，等. 新疆积雪覆盖时空变异分
析[J]. 水科学进展，2013，24(4)：483－489.
Ma Yonggang, Huang Yue, Chen Xi, et al. Analyzing
spatial-temporal variability of snow cover in Xinjiang[J].
Advances in Water Science, 2013, 24(4): 483－489. (in
Chinese with English abstract)
[19] 普宗朝，张山清，王胜兰，等. 近48 a 新疆干湿气候
时空变化特征[J]. 中国沙漠，2011，31(6)：1563－1572.
Pu Zongzhao, Zhang Shanqing, Wang Shenglan, et al.
The spatial-temporal variation characteristic of dry-wet
climate in recent 48 years in Xinjiang province, China[J].
Journal of Desert Research, 2011, 31(6): 1563－1572. (in
Chinese with English abstract)
[20] 郭四万，董新光. 新疆干旱区地下水资源与环境[J]. 灌
溉排水，1992，11(1)：16－22.
Guo Siwan, Dong Xinguang. Groundwater resource and
environment of arid region in Xinjiang[J]. Irrigation
and Drainage 1992, 11(1): 16－22. (in Chinese with
English abstract)
[21] 努尔巴衣·阿布都沙力克，塔西甫拉提·特依拜，巴
哈尔古丽. 湿地综述与新疆湿地研究[J]. 新疆环境保
护，2004，26(增刊)：63－66.
Narbay Abduslih, Tashpolat Tiyip, Bahargul Mamet.
Wetland synthesis and the study on wetland in Xinjiang[J]. Environmental Protection of Xinjiang, 2004,
26(Supp.): 63－66. (in Chinese with English abstract) [22] 刘纪远. 中国资源环境遥感宏观调查与动态研究[M].
北京：中国科学技术出版社，1996.
[23] 刘平，关蕾，吕偲，等. 中国第二次湿地资源调查的
技术特点和成果应用前景[J]. 湿地科学，2011，9(3)：
284－289.
Liu Ping, Guan Lei, Lü Si, et al. Technical characteristics
and application prospects of achievement of the second
national wetland investigation[J]. Wetland Science, 2011,
9(3): 284－289. (in Chinese with English abstract) [24] 姜琦刚，崔瀚文，李远华，等. 东北三江平原湿地动
态变化研究[J]. 吉林大学学报：地球科学版，2009，
39(6)：1127－1136.
Jiang Yigang, Cui Hanwen, Li Yuanhua, et al. Study on
dynamic change of wetland in Sanjiang Plain, Northeast
Area[J]. Journal of Jilin University: Earth Science Edition,
2009, 39(6): 1127－1136. (in Chinese with English abstract)
第15期朱长明等：新疆干旱区湿地景观格局遥感动态监测与时空变异237
[25] 岳德鹏，王计平，刘永兵，等. 京郊西北地区农地利
用与景观格局时空特征[J]. 农业工程学报，2008，
24(6)：89－97.
Yue Pengde, Wang Jiping, Liu Yongbing, et al. Spatial
and temporal characteristics of agricultural land-use and
landscape pattern changes in northwest of Beijing[J].
Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2008, 24(6): 89－
97. (in Chinese with English abstract)
[26] Guo L Y, Wang D L, Qiu J J, et al. Spatiotemporal
patterns of land use change along the Bohai rim in China
during 1985－2005[J]. Journal of Geographical Sciences,
2009, 19(5): 568－576.
[27] 施雅风，沈永平，李栋梁，等. 中国西北气候由暖干
向暖湿转型的特征和趋势探讨[J]. 第四纪研究，2003，
23(2)：152－163.
Shi Yafeng, Shen Yongping, Li Dongliang, et al.
Discussion on the present climate change from warm-dry
to warm-wet in northwest China[J]. Quaternary Sciences,
2003, 23(2): 152－163. (in Chinese with English abstract)
[28] 胡汝骥，姜逢清，王亚俊，等. 新疆气候由暖干向暖
湿转变的信号及影响[J]. 干旱区地理，2002，25(3)：
194－200.
Hu Ruji, Jiang Fengqing, Wang Yajun, et al. A study on
signals and effects of climatic pattern change from warm-dry to warm-wet in Xinjiang[J]. Arid Land Geography, 2002, 25(3): 194－200. (in Chinese with English abstract)
[29] 左敏，陈洪武，江远安，等. 新疆近50a气温变化趋势
和演变特征[J]. 干旱气象，2010，28(2)：160－166.
Zuo Min, Chen Hongwu, Jiang Yuan’an, et al. Trend and
evolvement characteristics of temperature in recent 50
years in Xinjiang[J]. Journal of Arid Meteorology, 2010,
28(2): 160－166. (in Chinese with English abstract) [30] 白洁，陈曦，李均力，等. 近30年中亚干旱区内陆湖
泊面积变化遥感分析[J]. 湖泊科学，2011，23(1)：80－
88.
Bai jie, Chen Xi, Li Junli, et al. Change of inland lake
area in arid central Asia during 1975－2007: a remote
sensing analysis[J]. Journal of Lake Sciences, 2011, 23(1):
80－88. (in Chinese with English abstract)
[31] 程维明，柴慧霞，方月，等. 基于水资源分区和地貌
特征的新疆耕地资源变化分析[J]. 自然资源学报，
2012，27(11)：1809－1822.
Cheng Weiming, Chai Huixia, Fang Yue, et al. Analysis
of cultivated land based on water resources regionalization and geomorphologic characteristics in
Xinjiang, China[J]. Journal of Natural Resources, 2012,
27(11): 1809－1822. (in Chinese with English abstract) [32] 陈红，吴世新，冯雪力. 新疆耕地时空变化特征[J]. 地
理科学进展，2010，29(3)：312－318.
Chen Hong, Wu Shixin, Feng Xueli. Research of changes
in cultivated land in Xinjiang based on RS and GIS[J].
Progress in Geography, 2010, 29(3): 312－318. (in
Chinese with English abstract)
[33] 朱慧，焦广辉，王哲. 新疆31年来耕地格局时空演变
研究[J]. 旱地区农业研究，2011，29(2)：185－190.
Zhu Hui, Jiao Guanghui, Wang Zhe. Research on spatial
change process of the cultivated farm land and dynamic
evolution on Xinjiang during 1978－2008[J]. Agricultural
Research in the Arid Areas, 2011, 29(2): 185－190. (in
Chinese with English abstract)
[34] 牛振国，张海英，王显威，等. 1978－2008中国湿地
类型变化[J]. 科学通报，2012，57(16)：1400－1411.
Niu Zhenguo, Zhang Haiying, Wang Xianwei, et al.
Mapping wetland changes in China between 1978 and
2008[J]. China Sci. Bull, 2012, 57(16): 1400－1411. (in
Chinese with English abstract)
[35] 杨涵，陈学刚，王亚奇. 1990－2010 年新疆额尔齐流
域湿地景观动态变化[J]. 干旱区研究，2013，30(2)：
211－218.
Yang Han, Chen Xuegang, Wang Yaqi. Dynamic change
of wetland landscapes in the Ertix river basin Xinjiang
during the period of 1990－2010[J]. Arid Zone Research,
2013, 30(2): 211－218. (in Chinese with English
abstract)
农业工程学报 2014年238
Remote sensing detection and spatio-temporal change analysis of
wetlands in Xinjiang arid region
Zhu Changming1, Li Junli2※, Chang Cun2, Zhang Xin3, Luo Jiancheng3
(1. Department of Geography and Environment, Jiangsu Normal University, Xuzhou 221116, China;
2. Xinjiang Institute of Ecology and Geography, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, China;
3. Institute of Remote Sensing Applications, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101 China)
Abstract: As a part of globle ecosystem, the wetland plays an important role in arid region eco_environment system. The area change of wetland will greatly influence the regional environment. In order to understand the wetlands distribution status, change processes and temporal pattern characteristics in China arid zones under the environment of global change, this paper used multi-source remote sensing data (TM, ETM+ and CBERS_02) to achieve the arid zone wetlands multi-stage monitoring through object-oriented classification technology and semiautomatic method. Firstly, we used object-oriented technology and hieriarchical classification algorithm, achieved preliminary wetlands infomaiton extraction, and checking the classification accuracy of the primary result by manual visual interpretation. Then, we completed 3 times wetlands distribution mapping on year 2000, 2005 and 2010. On that basis, we analyzed the characteristics of wetland spatial distribution and temporal variation in the past 10 years via land use dynamic change model and the geo-statistical method. The research results show that, 1) Wetlands in Xinjiang arid area has increased by about 10% in the last 10 years on the whole. The total area of wetlands reached to 22 438 km2 in 2010 in Xinjiang arid region of China, which increased approximately 2 065 km2 compared with the area in 2000. 2) In the spatial distribution, wetlands in the southern and northern Xinjiang are uneven. Wetlands in the southern Xinjiang accounted for about 76% in total wetlands area, and wetlands in the northern Xiangjiang only accounted for 24%. Wetlands Xinjiang arid area mainly distributed in the south of Xinjiang Tarim river basin. And in different basins, wetlands spatial distribution have different characteristics. 3) On wetland types composition, in year 2010, the ratio of river wetland, lake wetland, marsh wetland and artificial wetland are 42.73%, 29.43%, 17.98%, 8.92% and 0.94% respectively. 4) In change process, all type wetlands showed a growing trend in the past 10 years, but the increasing amount and magnitude are different. The variation on different type wetland presents different characteristics and inter-class differences are large. Among them, the dynamic change of marsh wetland and constructed wetland are 2.58 % and 2.43%; The dynamic change of rivers wetlands and lake wetlands are 0.59% and 0.43%. The largest net increased values are marsh wetland and river wetland, which increased by 827.92 km2 and 531.86 km2 respectively, account for 65.85% of the total increase amount. With the Global warming, rising temperature and increasing precipetation in resent years in Xinjiang district is the main driving force of wetlands increase. And, the human activity intensified the complexity of wetland spatio-temporal change process.
Key words: wetlands; remote sensing; monitoring; spatio-temporal change; Xinjiang; arid area