向海湿地动态变化及其影响因素分析
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收稿日期： 修订日期： -../2332.4 ； -..02.32-0 。 基金项目： 国家自然科学基金重点项目 （湿地卫星遥感信息的提取与应用 0.345.-.202- ） 。 第一作者简介： 张洪岩 （35607 ） ， 男， 吉林省安图县人， 教授， 主要从事地理信息科学和地学信息图谱方面的研究。
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向海湿地动态变化及其影响因素分析
" #$% 龙 恩 !& "%&% 程维明 " 张洪岩 !，
（3E 东北师范大学 国家环境保护湿地生态与植被恢复重点实验室， 长春 34..-/ ；-E 中国科学院 地理科学 与资源研究所 资源与环境信息系统国家重点实验室， 北京 3..3.3 ）
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湿地信息提取
为定量分析向海湿地保护区 表 ! 不同时期数据源与湿地面积 （"#$） 对照表 近 #$ 年来湿地的时空动态变化特 71MJ= # 7D= NB&E1>@4B2 BF 3151 4BI>N=4;5B51J 1>=1 123 5OE=4 BF G@12AD1@ 征， 该研究选取 #),,(!""! 年每两 P=5J123 @2 3@FF=>=25 E=>@B34 年 为 一 周 期 的 01234156$ （78） 和 年份 时间及数据源 湿地总面积 明水面 沼泽 盐沼 （978） 卫 星 影 像 为 数 据 #),, #),,6"’6!’ ， 01234156. 01234156$ $"" ,) !,$ #!. 源 （表 #） ， 为统一比较， 空 间 分 辨 #))" #))"6#"6#$ ， 01234156$ *:: .$ !’, )" 01234156$ **. ,. !*$ ##’ （都以 *、 率都选择 :"& $、 : 波段合 #))! #))!6#"6!"， 01234156$ *,) )! :". )" 成） ， 同时尽量挑选同一时相、 质量 #))* #))*6")6", ， ， #))’ #))’6",6!, 01234156$ *.) ,, !#* #.. 较好的数据， 以 )、 选择 #" 月居多， #)), #)),6#"6"$ ， 01234156$ *,, :!" *) ##) 该时段的原因 ; 主要是考虑到向海 !""" !"""6")6!* ， 01234156$ *’" ,* !#’ #’" 湿地位于我国北方半干旱、 半湿润 !""! !""!?#"?", ， 01234156. *!! $. $. !"* 过渡区，降雨主 要 集 中 在 ’() 月 份， 除了正常农业用水以及强烈蒸发外， 该时段的遥感数据可综 #" 月份可避开强降雨季节， 合反映向海地区降雨量与湿地面积之间的相互关系。但因天气或传感器等诸多原因， 有些年 。 份只能选择质量较好的夏季数据 （如 #),,、 #))’ 年等） 以向海地区 #<#"" """ 地形图为基准， 对 !""! 年的 978 数据进行几何精校正， 并将该 （参考数据源） ， 其误差精度要求控制在 "?$ 个象元以下， 其余各 配准影像作为 8145=> 数据源 时期的影像都以 !""! 年的配准影像为基准，进行影像对影像的几何纠正 （@&1A=65B6@&1A= ） 。
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致谢： 感谢东北师大郎惠卿教授、 王升忠副教授在 -... 与 -..4 年夏季野外湿地考察以及室 内 资 料 搜 集 与 文 章 撰 写 过程中给予的悉心指导。
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活动对该湿地变化的影响。
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自然地域特征
向海湿地保护区位于吉林省 ， 其总面 西部通榆县境内 （ 图 #） ! 积为 # "$$%& 。构造上属松辽凹 陷西部沉降带，由垄状沙丘与垄 间洼地交错相间排列而成；地势 由西向东倾斜， 海拔在 #$’(#)!& 之间；气候上属中温带大陆性季 风气候区的半干旱草原地带， 多 年 平 均 蒸 发 潜 力 可 达 # )!$&&， 而 多 年 平 均 降 水 量 仅 为 *""&& 左右 +,-。主要由湿地、 草地和耕地 等 组 成 。 该 区 内 现 有 人 口 . """ 多人， 其中 .)/ 是农业人口。 保护 区内水草茂密， 野生动物、 植物资 图 # 向海自然保护区位置 （#)))6#"6", ， 978， *、 $、 : 合成） 源丰富，现已被开发为生态旅游 C@A?# 7D= EB4@5@B2 BF 5D= G@12AD1@ H15I>1J K=4=>L= 地+,-。 大气降水是该湿地的主要水源， 霍林河 （图 # ） 是该区的主要河流， 但由于强烈蒸发作 用， 该区无明显的河床， 只在雨季降水丰富时才形成季节性河流。 河流在该区形成无尾河， 雨 季河水漫流于沙丘之间， 形成许许多多自然泡子， 星罗棋布地分布于该保护区内， 形成洪泛 性沼泽湿地。受多种因素制约的河流水源稳定性很大程度上决定了该湿地生态系统的稳定 性， 进而决定该湿地的动态变化状况。
中图分类号：
湿地、 森林与海洋一起被誉为地球的 “三大肾” ， 即地球上最主要的三大生态系统。 其中湿地是地球上具有多种独特功能的生态系统， 它不仅为人类提供大量食物、 原料 和 水资源， 而且在维持生态 平 衡 、 保持生物多样性和珍稀物种资源以及涵养水源、 蓄洪防 近年来， 随着全球气候和生态环境进一步恶化以及人类过度开 旱等方面起到重要作用 I3J 。 发导致全球湿地的严重 破 坏 ， 其动态变化研究已成为当今国内外专家探求的热点问题之 一 I-71J 。 向海湿地为国家级自然保护区，以保护世界珍稀濒危水禽丹顶鹤等及湿地沼泽生态系 《国际重要湿地名录》 ， 同年又被世界野生生物基金会 （KK(） 统为主要任务， 355- 年被列入 IHJ I5J 被誉为吉林西部草原上的明珠 ， 一直是国内外 评为 “具有国际意义的 & 级自然保护区” ， 专家关注的焦点。 多年来， 不同学者从向海湿地的资源、 环境变迁、 功能区划、 鸟类变化、 典型 I3.731J ， 从战略意义上分析了保护向海湿地的重 剖面和土壤特征等诸多方面进行了大量的研究 要性 I3HJ。但大量研究只限于描述湿地的资源或环境问题， 缺乏利用最新技术或方法 （特别是 遥感与地理信息系统技术） 揭示过去几十年来向海湿地的变化过程， 也没有利用多年的气象 资料和人类活动引起的土地利用变化对向海湿地环境变迁的影响。 因此， 本文利用不同时期的卫星数据， 结合多次野外实地考察， 借助于遥感和地理信息 系统技术， 提取不同时期向海湿地的各类信息， 并定量分析向海湿地过去 30 年的动态变化 以及通榆县的人口、 耕地和 过程； 借助向海湿地周围 0 个气象测站过去 -. 年来的气象资料， 牲畜存栏数等资料， 分析年降雨量等因素与湿地面积之间的相互关系， 揭示气候变化和人类
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张洪岩等： 向海湿地动态变化及其影响因素分析
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在土地利用解译过程中，主要参考了吉林省 #=>?、 #==$ 和 "??? 年的 #@#?? ??? 土地利用类 型矢量图以及向海保护区 #@#?? ??? 地形图。解译误差精度都在 ?(= 左右， 误差分析结果可 较为准确地分析该湿地的动态变化。 因向海湿地保护区面积相对较小， 湿地类型比较简单， 另外， 根据湿地生态环境特点以 及本次工作的研究目的， 这里把向海湿地归结为： 明水面、 沼泽和盐沼三种湿地类型， 其中明 水面湿地又包括水库、 湖泡子与河流等。经过类型合并处理， 得出 > 期湿地分布图以及各期 湿地总面积和各类型湿地面积统计值， 其结果见表 # 和图 "。
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向海湿地动态变化趋势图
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递减速率明显加大， 远远大于平均递减速率， 表明在 !""! 年间却是以 #$%&’! ( ) 的速率减少， *##+ 年以后湿地面积急剧减少。 （!） 图, （- ） 表明沼泽、 盐沼与明水面湿地面积之间大体呈现出互补的状态， 即明水面湿 地占优势时， 其它两者就会相对减少， 反之亦然。 表明在水量过剩状态下， 明水面湿地会明显 增加，而盐沼和沼泽就会减少，如 *##+ 年明水面湿地达到 ,!"&’!，而盐沼与沼泽则分别为 在水量相对不足时， 沼泽和盐沼会增加， 而明水面就会减少， 如 *##+/!""" **#&’! 与 .#&’!； 年间， 沼泽与盐沼湿地分别增加到 !*%&’! 与 *%"&’!， 明水面湿地减少到 +.&’!； 在水量缺乏 状态下，盐沼就会明显增加，明水面与沼泽会发生萎缩， !"""/!""! 年 间 ， 盐 沼 增 加 到 明水面与沼泽湿地分别减少到 01&’! 与 *%"&’!。 !".&’!， （, ） 图, （-） 还显示出各类型湿地自身的变化状况： 沼泽湿地 减 少 的 趋 势 比 较 明 显 ， 从 *#++ 年 !+0&’! 减少到 !""! 年 *%"&’!；明水面湿地变化幅度比较大，从 *#++ 年 +#&’! 到 然后又减少到 !""! 的 01&’!， 总体有减少的趋向； 而盐沼则显示出较强的递 *##+ 年 ,!"&’!， 其面积从 *##+ 年的 **#&’! 到 !""! 年的 !".&’!， 这种趋势 增趋势， 尤其是在 *##+ 年以后， 十分显著， 进一步表明该湿地处于严重退化状态。 总体而言， 不论从湿地总面积变化趋势图 ,2)3 还是从各类湿地变化趋势图 ,2-3 来看， 向 其生态环境处于退化状态。尖底泡子 （图 .） 是该 海湿地过去 *0 年来正面临着盐沼化的威胁， 区中一个具有多年积水的湖泡子， 一般情况下不会干枯， 而且该泡子植物群落发育比较完善。 该泡子水面不断缩小， 发现这个多年积水的泡子已完 自 *##+ 年后， !"", 年 1 月野外考察时， 全干枯， 被不同类型的湿地植被所代替。图 . 反映了向海水库周围包括尖底泡子在内的水面 的变化情况， 因两个时相的数据都为 *" 月， 具有一定的可比性， 可以发现， 到 !""! 年， 向海水 库四周的小湖泊、 泡子基本干涸， 或水体减少， 原来的蓝色或黑色水体被白色的盐沼所代替。 为进一步证实研究区湿地急剧退化的事实，作者曾于 !"""/!"", 年两次对向海水库南
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过去 #$ 年来向海湿地分布及动态变化过程
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向海湿地动态变化
不同时期的湿地空间位置特征及类型反映了保护区湿地分布状况 （图 "） ： 明水面湿地 主要分布于保护区中部的向海水库和兴隆渔场区域，以及丰水年份在霍林河尾部形成的季 图 "） ； 沼泽湿地主要分布于霍林河尾部形成的漫流区域以及古河道 （图 节性河流周围 （图 #、 图 "） ， 随水分的丰沛与否变化较大， 其中 "??" 年的古河道上沼泽湿地几乎全部盐碱化； #、 盐沼主要分布于水库周围 （图 "） ， 在丰水年可转变为沼泽类型。 图 A 反映了湿地变化总趋势和各类湿地变化趋势。从图 " 和图 A 可以得出， 过去 #$ 年 来， 向海湿地变化存在以下几方面特征： 图 A1 中显示该区湿地总面积发生了较大变化， 表现为先减少， 后增大， 再减少的态 （#） 势。尽管 #==! 年与 #==> 年各有一个比较小的增加峰值， 但总体上过去 #$ 年来湿地面积仍 以约 $(BC6" D 1 的速率在减少，呈下降趋势。总 面 积 从 #=>> 年 的 $??C6" 减 少 到 "??" 年 的 !""C6"， #$ 年中减少了 E>C6"； #=>>F#==> 年以平均每年 #("C6" D 1 的速率减少；而在 #==>F
摘要：向海湿地以保护国家级珍稀鸟类及其栖息繁 殖 生 境 为 主 要 目 的 ， 属我国内陆湿地与水域生 态系统类型的国家级重点湿地保护区。 论文借助遥感与地理信息系统等先进技术， 利用多个时期不 同分辨率的卫星数据， 得出过去 -. 年来不同时期向海湿地的各类信息， 并定量分析了其变化特征； 利用向海湿地周围 0 个气象测站的气象资料以及通榆县的人口、 耕地和牲畜存栏数等资料。 研究表 明， 过去 -. 年来， 向海地区年降雨量与遥感数据提取的湿地面积之间存在同步关系， 年降雨量明显 减少， 而通榆县的人口、 耕地和牲畜存栏数持续增加， 导致湿地面积减少。 气候变化和人类活动是导 致向海湿地环境变化的主要原因。 关 键 词：向海湿地；遥感；地理信息系统；动态变化 文献标识码：& 文章编号：3...24.41 （-..0 ） ./2.6342.H
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向海湿地动态变化及其影响因素分析
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湿地信息提取
为定量分析向海湿地保护区 表 ! 不同时期数据源与湿地面积 （"#$） 对照表 近 #$ 年来湿地的时空动态变化特 71MJ= # 7D= NB&E1>@4B2 BF 3151 4BI>N=4;5B51J 1>=1 123 5OE=4 BF G@12AD1@ 征， 该研究选取 #),,(!""! 年每两 P=5J123 @2 3@FF=>=25 E=>@B34 年 为 一 周 期 的 01234156$ （78） 和 年份 时间及数据源 湿地总面积 明水面 沼泽 盐沼 （978） 卫 星 影 像 为 数 据 #),, #),,6"’6!’ ， 01234156. 01234156$ $"" ,) !,$ #!. 源 （表 #） ， 为统一比较， 空 间 分 辨 #))" #))"6#"6#$ ， 01234156$ *:: .$ !’, )" 01234156$ **. ,. !*$ ##’ （都以 *、 率都选择 :"& $、 : 波段合 #))! #))!6#"6!"， 01234156$ *,) )! :". )" 成） ， 同时尽量挑选同一时相、 质量 #))* #))*6")6", ， ， #))’ #))’6",6!, 01234156$ *.) ,, !#* #.. 较好的数据， 以 )、 选择 #" 月居多， #)), #)),6#"6"$ ， 01234156$ *,, :!" *) ##) 该时段的原因 ; 主要是考虑到向海 !""" !"""6")6!* ， 01234156$ *’" ,* !#’ #’" 湿地位于我国北方半干旱、 半湿润 !""! !""!?#"?", ， 01234156. *!! $. $. !"* 过渡区，降雨主 要 集 中 在 ’() 月 份， 除了正常农业用水以及强烈蒸发外， 该时段的遥感数据可综 #" 月份可避开强降雨季节， 合反映向海地区降雨量与湿地面积之间的相互关系。但因天气或传感器等诸多原因， 有些年 。 份只能选择质量较好的夏季数据 （如 #),,、 #))’ 年等） 以向海地区 #<#"" """ 地形图为基准， 对 !""! 年的 978 数据进行几何精校正， 并将该 （参考数据源） ， 其误差精度要求控制在 "?$ 个象元以下， 其余各 配准影像作为 8145=> 数据源 时期的影像都以 !""! 年的配准影像为基准，进行影像对影像的几何纠正 （@&1A=65B6@&1A= ） 。
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向海湿地保护区位于吉林省 ， 其总面 西部通榆县境内 （ 图 #） ! 积为 # "$$%& 。构造上属松辽凹 陷西部沉降带，由垄状沙丘与垄 间洼地交错相间排列而成；地势 由西向东倾斜， 海拔在 #$’(#)!& 之间；气候上属中温带大陆性季 风气候区的半干旱草原地带， 多 年 平 均 蒸 发 潜 力 可 达 # )!$&&， 而 多 年 平 均 降 水 量 仅 为 *""&& 左右 +,-。主要由湿地、 草地和耕地 等 组 成 。 该 区 内 现 有 人 口 . """ 多人， 其中 .)/ 是农业人口。 保护 区内水草茂密， 野生动物、 植物资 图 # 向海自然保护区位置 （#)))6#"6", ， 978， *、 $、 : 合成） 源丰富，现已被开发为生态旅游 C@A?# 7D= EB4@5@B2 BF 5D= G@12AD1@ H15I>1J K=4=>L= 地+,-。 大气降水是该湿地的主要水源， 霍林河 （图 # ） 是该区的主要河流， 但由于强烈蒸发作 用， 该区无明显的河床， 只在雨季降水丰富时才形成季节性河流。 河流在该区形成无尾河， 雨 季河水漫流于沙丘之间， 形成许许多多自然泡子， 星罗棋布地分布于该保护区内， 形成洪泛 性沼泽湿地。受多种因素制约的河流水源稳定性很大程度上决定了该湿地生态系统的稳定 性， 进而决定该湿地的动态变化状况。
中图分类号：
湿地、 森林与海洋一起被誉为地球的 “三大肾” ， 即地球上最主要的三大生态系统。 其中湿地是地球上具有多种独特功能的生态系统， 它不仅为人类提供大量食物、 原料 和 水资源， 而且在维持生态 平 衡 、 保持生物多样性和珍稀物种资源以及涵养水源、 蓄洪防 近年来， 随着全球气候和生态环境进一步恶化以及人类过度开 旱等方面起到重要作用 I3J 。 发导致全球湿地的严重 破 坏 ， 其动态变化研究已成为当今国内外专家探求的热点问题之 一 I-71J 。 向海湿地为国家级自然保护区，以保护世界珍稀濒危水禽丹顶鹤等及湿地沼泽生态系 《国际重要湿地名录》 ， 同年又被世界野生生物基金会 （KK(） 统为主要任务， 355- 年被列入 IHJ I5J 被誉为吉林西部草原上的明珠 ， 一直是国内外 评为 “具有国际意义的 & 级自然保护区” ， 专家关注的焦点。 多年来， 不同学者从向海湿地的资源、 环境变迁、 功能区划、 鸟类变化、 典型 I3.731J ， 从战略意义上分析了保护向海湿地的重 剖面和土壤特征等诸多方面进行了大量的研究 要性 I3HJ。但大量研究只限于描述湿地的资源或环境问题， 缺乏利用最新技术或方法 （特别是 遥感与地理信息系统技术） 揭示过去几十年来向海湿地的变化过程， 也没有利用多年的气象 资料和人类活动引起的土地利用变化对向海湿地环境变迁的影响。 因此， 本文利用不同时期的卫星数据， 结合多次野外实地考察， 借助于遥感和地理信息 系统技术， 提取不同时期向海湿地的各类信息， 并定量分析向海湿地过去 30 年的动态变化 以及通榆县的人口、 耕地和 过程； 借助向海湿地周围 0 个气象测站过去 -. 年来的气象资料， 牲畜存栏数等资料， 分析年降雨量等因素与湿地面积之间的相互关系， 揭示气候变化和人类
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张洪岩等： 向海湿地动态变化及其影响因素分析
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向海湿地动态变化趋势图
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递减速率明显加大， 远远大于平均递减速率， 表明在 !""! 年间却是以 #$%&’! ( ) 的速率减少， *##+ 年以后湿地面积急剧减少。 （!） 图, （- ） 表明沼泽、 盐沼与明水面湿地面积之间大体呈现出互补的状态， 即明水面湿 地占优势时， 其它两者就会相对减少， 反之亦然。 表明在水量过剩状态下， 明水面湿地会明显 增加，而盐沼和沼泽就会减少，如 *##+ 年明水面湿地达到 ,!"&’!，而盐沼与沼泽则分别为 在水量相对不足时， 沼泽和盐沼会增加， 而明水面就会减少， 如 *##+/!""" **#&’! 与 .#&’!； 年间， 沼泽与盐沼湿地分别增加到 !*%&’! 与 *%"&’!， 明水面湿地减少到 +.&’!； 在水量缺乏 状态下，盐沼就会明显增加，明水面与沼泽会发生萎缩， !"""/!""! 年 间 ， 盐 沼 增 加 到 明水面与沼泽湿地分别减少到 01&’! 与 *%"&’!。 !".&’!， （, ） 图, （-） 还显示出各类型湿地自身的变化状况： 沼泽湿地 减 少 的 趋 势 比 较 明 显 ， 从 *#++ 年 !+0&’! 减少到 !""! 年 *%"&’!；明水面湿地变化幅度比较大，从 *#++ 年 +#&’! 到 然后又减少到 !""! 的 01&’!， 总体有减少的趋向； 而盐沼则显示出较强的递 *##+ 年 ,!"&’!， 其面积从 *##+ 年的 **#&’! 到 !""! 年的 !".&’!， 这种趋势 增趋势， 尤其是在 *##+ 年以后， 十分显著， 进一步表明该湿地处于严重退化状态。 总体而言， 不论从湿地总面积变化趋势图 ,2)3 还是从各类湿地变化趋势图 ,2-3 来看， 向 其生态环境处于退化状态。尖底泡子 （图 .） 是该 海湿地过去 *0 年来正面临着盐沼化的威胁， 区中一个具有多年积水的湖泡子， 一般情况下不会干枯， 而且该泡子植物群落发育比较完善。 该泡子水面不断缩小， 发现这个多年积水的泡子已完 自 *##+ 年后， !"", 年 1 月野外考察时， 全干枯， 被不同类型的湿地植被所代替。图 . 反映了向海水库周围包括尖底泡子在内的水面 的变化情况， 因两个时相的数据都为 *" 月， 具有一定的可比性， 可以发现， 到 !""! 年， 向海水 库四周的小湖泊、 泡子基本干涸， 或水体减少， 原来的蓝色或黑色水体被白色的盐沼所代替。 为进一步证实研究区湿地急剧退化的事实，作者曾于 !"""/!"", 年两次对向海水库南
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过去 #$ 年来向海湿地分布及动态变化过程
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向海湿地动态变化
不同时期的湿地空间位置特征及类型反映了保护区湿地分布状况 （图 "） ： 明水面湿地 主要分布于保护区中部的向海水库和兴隆渔场区域，以及丰水年份在霍林河尾部形成的季 图 "） ； 沼泽湿地主要分布于霍林河尾部形成的漫流区域以及古河道 （图 节性河流周围 （图 #、 图 "） ， 随水分的丰沛与否变化较大， 其中 "??" 年的古河道上沼泽湿地几乎全部盐碱化； #、 盐沼主要分布于水库周围 （图 "） ， 在丰水年可转变为沼泽类型。 图 A 反映了湿地变化总趋势和各类湿地变化趋势。从图 " 和图 A 可以得出， 过去 #$ 年 来， 向海湿地变化存在以下几方面特征： 图 A1 中显示该区湿地总面积发生了较大变化， 表现为先减少， 后增大， 再减少的态 （#） 势。尽管 #==! 年与 #==> 年各有一个比较小的增加峰值， 但总体上过去 #$ 年来湿地面积仍 以约 $(BC6" D 1 的速率在减少，呈下降趋势。总 面 积 从 #=>> 年 的 $??C6" 减 少 到 "??" 年 的 !""C6"， #$ 年中减少了 E>C6"； #=>>F#==> 年以平均每年 #("C6" D 1 的速率减少；而在 #==>F
摘要：向海湿地以保护国家级珍稀鸟类及其栖息繁 殖 生 境 为 主 要 目 的 ， 属我国内陆湿地与水域生 态系统类型的国家级重点湿地保护区。 论文借助遥感与地理信息系统等先进技术， 利用多个时期不 同分辨率的卫星数据， 得出过去 -. 年来不同时期向海湿地的各类信息， 并定量分析了其变化特征； 利用向海湿地周围 0 个气象测站的气象资料以及通榆县的人口、 耕地和牲畜存栏数等资料。 研究表 明， 过去 -. 年来， 向海地区年降雨量与遥感数据提取的湿地面积之间存在同步关系， 年降雨量明显 减少， 而通榆县的人口、 耕地和牲畜存栏数持续增加， 导致湿地面积减少。 气候变化和人类活动是导 致向海湿地环境变化的主要原因。 关 键 词：向海湿地；遥感；地理信息系统；动态变化 文献标识码：& 文章编号：3...24.41 （-..0 ） ./2.6342.H