洞庭湖氣象生態(tài)服務(wù)：過(guò)去、現(xiàn)在和未來(lái)

彭潔 王彩 覃鴻

（湖南省岳陽(yáng)市氣象局，岳陽(yáng) 414000）

作為我國(guó)最大的內(nèi)陸湖泊濕地生態(tài)系統(tǒng)之一，洞庭湖濕地具有極為重要的生態(tài)功能和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在全球氣候變化的大背景下，洞庭湖生態(tài)受到多方面的影響，洞庭湖生物多樣性保持、濕地氣候調(diào)節(jié)、洪澇調(diào)蓄能力等均面臨著挑戰(zhàn)。通過(guò)分析過(guò)去70年洞庭湖濕地氣候（圖1）、水文與生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展變化背景，梳理了圍繞洞庭湖生態(tài)保護(hù)和修復(fù)開(kāi)展氣象服務(wù)的技術(shù)路線和服務(wù)成果，并展望了衛(wèi)星遙感技術(shù)在洞庭湖濕地生態(tài)修復(fù)氣象服務(wù)中的前景。

1 挑戰(zhàn)

新中國(guó)成立以來(lái)，洞庭湖區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)也引發(fā)了系列的環(huán)境問(wèn)題，主要表現(xiàn)為湖泊面積急劇下降，1949年洞庭湖湖泊面積為4350 km2，到2000年時(shí)下降為2560 km2，減少了41.15%；水質(zhì)及空氣污染加劇，地表水逐步下降到III～I(xiàn)V類水平；生物多樣性銳減，許多珍稀鳥(niǎo)類和名貴魚(yú)種大量減少甚至滅絕，部分水域沉水植物逐步消亡；血吸蟲(chóng)疫情反復(fù)等。在全球氣候變暖的大背景下，氣象因子對(duì)洞庭湖生態(tài)環(huán)境變化的作用主要體現(xiàn)在極端水旱災(zāi)害頻發(fā)、環(huán)境污染加重、生物多樣性減少等方面，洞庭湖生態(tài)保護(hù)和修復(fù)對(duì)氣象服務(wù)提出了要求。

2 生態(tài)氣象服務(wù)的技術(shù)路線和成效

圖1 1953—2018 年洞庭湖區(qū)氣溫距平變化曲線

20世紀(jì)60—70年代，一批高污染的工業(yè)項(xiàng)目落戶長(zhǎng)江沿線和洞庭湖區(qū)域，岳陽(yáng)市氣象部門(mén)開(kāi)始針對(duì)洞庭湖區(qū)域環(huán)境調(diào)查、環(huán)境質(zhì)量報(bào)告評(píng)審、重大項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)及氣候可行性論證等方面開(kāi)展研究和技術(shù)服務(wù)（圖2）。主要采取實(shí)地調(diào)查及設(shè)立臨時(shí)氣象觀測(cè)站的方式（圖3），采集相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)線性回歸、分類統(tǒng)計(jì)、時(shí)間序列和周期分析等方法為煉油、化工、造紙等重污染企業(yè)提供技術(shù)評(píng)審和氣候可行性論證。

洞庭湖生態(tài)環(huán)境的持續(xù)惡化，催生了新的探測(cè)手段和方式（圖4），推動(dòng)了氣象生態(tài)服務(wù)的發(fā)展，2003年開(kāi)始，在國(guó)家基本氣象監(jiān)測(cè)站網(wǎng)的基礎(chǔ)上，環(huán)洞庭湖流域的區(qū)域自動(dòng)氣象站、農(nóng)田小氣候站、氣溶膠站、閃電定位儀、大氣電廠儀、水上氣象站、城市內(nèi)澇站、通量梯度觀測(cè)塔（圖5）逐步完成布局，在結(jié)合氣象和環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)研究的基礎(chǔ)上，建立面向服務(wù)對(duì)象的專業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)氣象和非氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行信息化處理，通過(guò)模式分析和格點(diǎn)預(yù)報(bào)處理等方法,建立針對(duì)不同預(yù)報(bào)對(duì)象的預(yù)報(bào)預(yù)警模型，運(yùn)用GIS等方法，采用客戶端和服務(wù)端分離模式，為洞庭湖區(qū)域城市內(nèi)澇、空氣質(zhì)量、水陸交通安全、濕地生物多樣性評(píng)估、中國(guó)天然氧吧和夏季避暑旅游勝地創(chuàng)建等開(kāi)展卓有成效的服務(wù)（圖6）。

圖2 1971 年氣象員在岳陽(yáng)化工總廠施工地開(kāi)展逆溫層探空觀測(cè)

圖3 1981 年氣象人員在躉船上手持觀測(cè)儀器進(jìn)行水面氣象觀測(cè)

圖4 綜合立體氣象監(jiān)測(cè)站網(wǎng)

圖7 岳陽(yáng)國(guó)家氣候觀象臺(tái)一站三址布局圖

圖5 洞庭湖腹地通量梯度觀測(cè)塔

3 未來(lái)發(fā)展展望

2019年成立的岳陽(yáng)國(guó)家氣候觀象臺(tái)（圖7）以洞庭湖生態(tài)氣象觀測(cè)及高分衛(wèi)星遙感地面校驗(yàn)為重點(diǎn)開(kāi)展建設(shè)，遙感技術(shù)的應(yīng)用為生態(tài)氣象服務(wù)提供了新的技術(shù)支撐，有關(guān)湖泊面積變化、水質(zhì)和植被、水旱發(fā)展趨勢(shì)監(jiān)測(cè)的遙感產(chǎn)品將為洞庭湖生態(tài)保護(hù)和修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。通過(guò)衛(wèi)星遙感湖泊水體監(jiān)測(cè)洞庭湖水體面積可見(jiàn)，2019年洞庭湖區(qū)域的嚴(yán)重干旱導(dǎo)致洞庭湖面積急劇下降，9月23日05時(shí)洞庭湖水體（裸水）面積為829.89 km2（圖8），較7月3日14時(shí)洞庭湖水體（裸水）面積1847 km2減少了1017.11 km2，減少比例為55%，客觀地說(shuō)明了長(zhǎng)時(shí)間干旱少雨給洞庭湖生態(tài)造成的影響。

圖8 2019 年9 月23 日FY-3D/MERSI 洞庭湖水體（裸水）監(jiān)測(cè)圖

圖9 2019 年7 月3 日FY-3D/MERSI 洞庭湖水體（裸水）監(jiān)測(cè)圖