联合Sentinel-3雷达测高和光学影像的青藏高原典型湖泊水量变化估算

青藏高原湖泊对气候波动表现出高度的敏感性,其动态监测数据为区域甚至全球气候变化研究提供重要证据。受恶劣自然环境的限制,青藏高原大部分地区缺乏实地观测数据,现有的青藏高原湖泊变化分析,多基于遥感,湖泊水位与面积等数据通常来自不同卫星,数据之间存在时间上的偏离。本研究融合Sentinel-3 SRAL (SAR Radar Altimeter)雷达测高数据与相同卫星搭载的Sentinel-3 SLSTR (Sea and Land Surface Temperature Radiometer)光学影像监测了2016年4月—2022年9月青藏高原四个大型湖泊(阿牙克库木湖、色林错、青海湖、纳木错)的水位及面积变化。通过将监测结果与实测水位及与DAHITI水文产品对比分析,确认Sentinel-3雷达测高数据能够准确地反映高原大型湖泊水位的周际和月际变化特征。结果表明：(1)四个湖泊的水位在监测期内逐年上升,分别上涨了3.01 m、2.04 m、1.62 m、0.28 m。四个湖泊的面积与水位季节变化特征一般表现为：夏季季风期湖面显著增大,非季风期逐渐减小。(2)湖泊水位在第二季度最低,第三季...     

1972-2012年青藏高原中南部内陆湖泊的水位变化

青藏高原的湖泊水位变化能够清晰的记录湖泊波动,分析近几十年来气候变暖背景下青藏高原典型湖泊水位的动态变化,对理解全球变化的区域响应特征和规律有重要意义。本文利用多源遥感数据,获取1972-2012年青藏高原南部地区5个典型湖泊的面积与水位序列,并分析了40年来湖泊水位的变化特征。研究结果表明,1972-2012年,普莫雍错,塔若错,扎日南木错水位呈上升趋势,分别上升了0.89 m、0.70 m、0.40 m;同期,佩枯错与玛旁雍错的水位呈下降趋势,分别下降了1.70 m、0.70 m。总体来看,五个湖泊在1990s-2012年的变化比1970s-1990s的变化更剧烈,从空间变化看,处于青藏高原边缘地带的佩枯错与玛旁雍错发生的变化呈现一致性,而位于中部地带的塔若错与扎日南木错的变化也呈现一致性。     

湖泊表面温度的单通道热红外遥感反演研究——以北极滨海平原融冻湖为例

基于TM影像的单通道热红外遥感数据反演了阿拉北极滨海平原融冻湖的表面温度,利用实地湖泊水体温度传感器所测量的水体温度进行了反演结果的精度验证.通过对比4种不同的单通道热红外遥感数据地表温度反演算法,发现其反演结果均与实地测量湖表温度高度相关,但精度存在差异,其中通用单通道算法(SCJM&S)的湖泊表面温度反演结果精度最高,获取均方根误差达0.45K,且该算法输入参数仅需大气水汽含量一项,适用于北极滨海平原地区的湖泊表面温度反演.湖泊表面平均温度的空间插值结果表明研究区的湖泊表面温度受纬度和海洋性气候影响显     

基于MODIS的青藏高原湖泊透明度遥感反演

湖泊透明度是湖泊水体性质的一个重要参数,是湖泊浮游生物和进入湖泊的有机和无机颗粒溶解程度的综合反映,对湖泊生态环境研究具有重要的科学及实践意义。遥感影像是获取面积广、时间长的湖泊透明度的重要手段,但由于实测数据缺乏,目前对青藏高原地区湖泊透明度的遥感反演研究相对不足。本文基于青藏高原地区24个湖泊实测透明度SD(Secchi Depth)值和相应的MODIS遥感影像,建立了该地区湖泊水体透明度SD值MODIS遥感反演模型。结果表明：基于MODIS绿色波段B4的单波段幂函数模型在该地区反演效果最好,精度较高(R2=0.91, N=24),并具有较好的稳定性。以当惹雍错为例,选用该模型反演得到湖泊透明度的时间变化序列,发现该湖存在明显的季节波动和较为明显的年际变化。初步分析得出,降水/融水季节的湖泊透明度与湖泊所在流域的降水率具有密切的关系。本文结果表明,利用遥感手段能够有效地开展青藏高原地区湖泊透明度的反演,可为进一步深入研究该地区湖泊透明度及其影响要素奠定基础。     

遥感技术在湖泊环境变化研究中的应用和展望

遥感技术由于能够快速、宏观的获得研究区域的数据,已成为湖泊环境动态变化监测的重要技术手段。高分辨率的卫星遥感图像不仅可以为准确判读湖区地质地貌、自然与人为作用下的环境变化、盐湖矿产资源的分布等提供直观的影像,还能为湖泊水质监测、水深检测、水面温度反演以及盐湖卤水动态分析提供有价值的信息。遥感技术在湖泊环境变化研究中的应用正逐步从定性发展为定量研究,因此,对于区分湖泊水体中不同组分对遥感图像各光谱值的贡献等遥感机理的认识及理论尚需进一步深化,同时需要对处理遥感数据所运用的统计分析方法做进一步的改进以建立更加完善的遥感模型。今后,遥感技术和地理信息系统等多种信息处理工具的结合将是环境信息系统发展的主要方向。     

鄱阳湖水位变化的复合驱动机制

基于对鄱阳湖开放水文系统特点和影响因素的深入分析,通过构建一组联合的神经网络模型,定量辨识了包括湖盆地形变化、三峡工程作用、长江流域气候变化等因素对湖泊水位变化的影响分量、时空差异及其发展趋势,并对其作用机制进行了探讨。结果表明：相对于1980—1999年,2003—2014年鄱阳湖湖盆地形变化、三峡工程运行、长江流域气候变化和其他人类活动对湖泊水位降低的平均贡献率分别为50%、18%和32%。由于影响机制的不同,湖泊水位对这3个驱动因子的响应表现出明显的时空差异。冬、春季节湖泊水位降低主要由湖盆地形变化引起,而夏、秋季节的水位降低则主要归因于长江流域气候变化及其他人类活动的综合影响。湖盆地形变化对湖泊水位的影响在湖区都昌站附近最为突出,并且该影响仍呈长期增加趋势。三峡工程引起的湖泊水位变化在湖口处最大,向南部湖区逐渐减弱,其长期变化趋势日渐稳定。长江流域气候变化及其他人类活动的作用值得特别注意,该影响年际间波动较大,在某些年份里（如2006年、2011年）可成为湖泊水位降低的主导因素,但年际变化趋势不明显。     

近20年青海湖水量变化遥感分析

青藏高原湖泊水量的变化是揭示全球气候变化及其区域水循环响应的重要信息载体。区别于常用的水文学方法,本文利用MODIS遥感影像和LEGOS高度计多年连续数据,基于湖泊水位—面积关系,探讨了湖泊水量变化的遥感分析方法,并以青藏高原面积最大的青海湖为例,揭示青海湖近20年来(2001-2016)湖泊水量年内与年际变化特征。主要结论为：青海湖湖泊面积在2001-2016年间整体扩张了187.9 km²,变化速率为11.6 km²/a;水位在2001-2014年间上升了1.15 m,变化速率为0.10 m/a。青海湖水位—面积关系表现为二次函数关系(相关系数R²=0.83)。基于水位—面积关系,进一步估算分析了青海湖水量平衡的净收支及其年内和年际变化。近20年来,青海湖水量总体呈增加趋势,其变化率约为4.5\times {10}^8m³/a。降水的增加与蒸发能力的下降是湖泊水量增加决定性的驱动因子。     

鄱阳湖湿地水位与洲滩淹露模型构建

水是控制湿地生态过程的一个重要因子,为了研究洲滩变化和湿地草洲生长发育规律,以便更好地监测和保护湿地生态系统,有必要研究鄱阳湖水体变化特征,分析湿地洲滩水位的时空动态变化和洲滩淹露规律。本文以鄱阳湖国家级自然保护区为例,在对鄱阳湖多年水位进行分析的基础上,利用多时相遥感影像和DEM提取湿地洲滩特征;并在GIS支持下综合考虑地形、鄱阳湖水位、湖泊缓冲区等因素,建立了湿地水位及洲滩淹露模型。时空验证结果表明,该模型具有较好的模拟效果,精度在85%以上。同时,本文根据研究区特点及水体在TM2、7波段的特征差异,构建了一个新的水体指数FDWI,提取水体精度达到98%,特别是对潮湿的沙地、植被和云有很好的区分能力。     

地貌分带下基于ICESat-2与GF-1的珊瑚礁水深遥感优化反演方法

研究以中国南海西沙群岛华光礁西部剖面为试验区,采用高分一号（GF-1）遥感影像及“冰、云和陆地高程2号”（ICESat-2）星载激光测高数据,基于珊瑚礁地貌分带建模优选策略构建了试验区25 m以浅水深遥感反演模型,并将模型外推应用至西沙群岛有实地调查水深数据的珊瑚礁剖面研究区。建模结果显示,礁坡和深潟湖地貌采用波段比值二项式回归模型,礁坪、浅潟湖和点礁地貌均采用多波段比值回归模型,可以使得地貌单元内基于GF-1影像的水深遥感反演达到最优效果。模型反演水深数据与实地调查水深数据相关系数为0.95;实地调查水深数据与ICESat-2深水区数据综合验证结果显示,模型均方根误差为1.34 m,平均绝对误差为1.08 m,平均相对误差为17.10%。研究表明,本文提出的基于地貌的主被动遥感水深反演模型显著改进了珊瑚礁区中分辨率遥感水深反演模型的精度,可为大范围珊瑚礁区高精度的水深反演提供方法支持。     

青海可可西里主要湖泊湖底地貌研究

应用阈值法对青海可可西里地区主要湖泊的遥感影像进行水体信息提取,根据水体与其它地物在ETM+的5波段具有很好的区分效果,经反复尝试在该波段找到了适合各个湖泊的分离阈值。通过目视解读,并与相关地形图对比检验,湖泊水体可较为准确提取出。利用ENVI软件得到包含湖底信息的合成图像,选择其中信息丰富的假彩色合成图像进行解译,根据其色调并结合近岸地形信息初步判断出了湖底的地形地势,并在永红湖底发现了一个特殊的环状构造。     

基于GF-1影像的洞庭湖区水体水质遥感监测

湖泊水质监测是有效开展湖泊水环境综合管理与水污染防治实施的基础,也是湖泊藻华风险评估与生态安全建设的重要依据。本文基于GF-1号影像对2014-2016年洞庭湖水体的叶绿素a浓度、悬浮物浓度和透明度展开遥感监测,结果表明：叶绿素a主要集中在水流速度较慢的安乐湖、大小西湖和东洞庭湖西部地区,其他区域水体扰动力大,叶绿素含量a较低。透明度从北到南递增,与悬浮物浓度的分布趋势相反,符合常规监测规律。东洞庭湖水质较南洞庭湖和西洞庭湖差,水污染程度处于全湖最高水平。GF-1数据可精确反映叶绿素a浓度、悬浮物浓度和透明度指数的空间变化规律,也为后续高分遥感影像湖泊水质监测的应用研究提供了重要参考。     

清末以来洞庭湖区通江湖泊的时空演变

本文利用清光绪22年以来17个时段的多种历史地图和航天航空遥感数据,采用遥感解译、数据统计分析与历史对比方法,分析清末以来洞庭湖区通江湖泊面积的时序变化,探究空间演变特征。结合水利部门发布的典型年份监测数据,检验了遥感获取的湖泊面积精度,误差仅为0.62%。结果显示：洞庭湖通江湖泊面积从1896年的5216.37 km²减少到2019年的2702.74 km²,萎缩率为48.19%。1949年前的53年为明显萎缩期,年均萎缩15.66 km²;20世纪50年代为陡崖式萎缩期,年均萎缩139.05 km²;20世纪60—70年代为快速萎缩期,年均萎缩21.66 km²;1980年以来为基本稳定期,年均萎缩0.13 km²,面积仅减少了5.10 km²。就具体湖泊而言,东洞庭湖是各通江湖泊中面积萎缩最大的湖泊,减幅为922.60 km²;其次是目平湖,减幅为588.05 km²;再次是南洞庭湖,减幅为448.37 km²;七里湖的面积变化很小,但经历了先扩张后萎缩的过程。1998—2002年实施“退田还湖”工程,洞庭湖面积增加了10.50 km²。总体而言,清末以来洞庭湖区通江湖泊的演变主要表现为大通湖的封闭析出、整修南洞庭湖的湖垸置换与南迁、围垦西洞庭湖的局部残存、东洞庭湖的三面合围以及1998年特大洪灾后有限的“退田还湖”。本文为长江流域生态修复和环境保护战略提供了客观资料和技术支撑。     

应用Terra/MODIS卫星数据估算洞庭湖蓄水量的变化

以洞庭湖为例,利用2002年的美国Terra/MODIS卫星数据,以16天为周期将全年划分为23个时段,分别对湖区水位和蓄水量分布特征和变化规律进行动态监测和综合分析。具体测算方法包括以下4个步骤: (1) 根据湖区特性,将整个洞庭湖分为3个部分：自西向东依此是西洞庭湖 (WDL), 南洞庭湖 (SDL) 和东洞庭湖 (EDL)。这3个部分的蓄水量之和就是整个洞庭湖的总蓄水量。(2) 以水体和陆地的光谱差异为基础,使用Terra/MODIS卫星的NDVI 数据识别并量测湖区水面积。(3) 将湖区水面影像同湖区数字高程模型DEM相叠加,以被监测的湖区水面的平均高度值作为水面高度。水面高度与湖底高度的差即为相应点的水深。(4) 按50 m×50 m网格大小和相应位置的水深的乘积来计算每个水柱体积。最后,将整个湖内的所有水柱的体积值累加便得到洞庭湖的总蓄水量。用上述方法测算的水位和蓄水量与实测资料进行了比较表明,两者具有很好的一致性。     

洞庭湖与长江水体交换能力演变及对三峡水库运行的响应

运用洞庭湖区与长江干流相关控制站1951-2010 年实测水文数据, 在分析江湖水力关系的基础上, 从不同时间尺度分析江湖水体交换能力的演变特征及其对三峡水库运行的响应。结果表明:① 7-9 月长江荆南三口对洞庭湖的补给能力较强, 1-3 月洞庭湖对长江的补给能力较强;② 江湖水体交换系数具有明显的年代际波动, 其中1951-1958 年、1959-1968 年荆南三口对湖泊的补给能力较强, 而2003-2010 年湖泊对长江的补给能力增强;③ 三峡水库运行后无论是典型年还是在水库不同调度方式运行期, 三口分泄能力减弱, 入湖水量减少, 而因四水入湖水量占绝对优势, 湖泊对长江的补给能力明显增强;④ 尽管影响江湖水体交换能力的因素极为复杂, 但从总体上讲, 除受流域降水波动影响外, 江湖水体交换能力在不同时间尺度上的演变特征及其过程均随着江湖水体交换量的变化而变化, 说明江湖水体交换能力强度与江湖水体交换量之间存在着彼此消长的关系。     

鄱阳湖水利枢纽工程水位调控方案的探讨

利用历史水文资料、越冬候鸟分布调查资料及基础地理数据等, 从鄱阳湖形态的历史演变和鄱阳湖越冬候鸟生境保护的角度, 探讨鄱阳湖水利枢纽工程的水位调控方案。研究得到以下结论和建议:(1) 在维持鄱阳湖形态不变的情况下, 为有效保护越冬候鸟生境不受水利枢纽工程水位调控的影响, 工程调控水位不宜超过12 m, 但由于低水位运行不利于水利枢纽工程工程效益的发挥, 而高水位运行不利于越冬候鸟栖息地的保护, 为调和工程效益和候鸟保护之间的矛盾, 建议实施适当退田还湖, 以促进鄱阳湖水利枢纽工程的规划实施;(2) 根据地形、越冬候鸟分布范围、圩堤内居民点分布以及圩堤内土地利用现状, 提出了约640 km²实施退田还湖范围;(3) 以退田还湖为前提, 按照“调枯不调洪”原则, 提出鄱阳湖水利枢纽工程的水位调控方案, 为工程的推进和实施提供参考。     

水沙过程变异下洞庭湖系统功能的连锁响应

从作用于洞庭湖系统功能的水沙过程人手,探讨水沙过程变异下湖泊系统功能的连锁响应认为:①洞庭湖是一个由其形态系统功能、生态系统功能和服务系统功能共同维系的巨系统;②水沙条件变化导致湖盆结构变形、湖面湖容缩小、生物多样性不稳定、航运里程缩短、水环境净化能力减弱、东方田鼠与钉螺极度膨胀、鱼类捕捞产量和水资源量减少等响应现象;...     

2000～2014年洞庭湖区植物面积变化及其与湖泊水位的关系

利用增强型植被指数(enhanced vegetation index,EVI),采用Mann-Kendall方法和Sen’s斜率估计方法,研究2000~2014年洞庭湖区的植物面积及其变化趋势,以及其与水位之间的关系。研究结果表明,枯水年洞庭湖区的植物面积最大,平水年的次之,丰水年的最小;2000~2014年期间,洞庭湖区增强型植被指数的变化存在空间异质性,东洞庭湖区的大部分区域的增强型植被指数无显著变化,南洞庭湖区的大部分区域的增强型植被指数显著增大;洞庭湖区18.08%的区域的增强型植被指数显著增大,这些区域主要集中在高滩地(平均海拔为26.61 m);7.51%的区域的增强型植被指数显著减小,这些区域主要集中在低滩地(平均海拔为25.79 m);随着湖泊水位的上升,洞庭湖区植物面积在减少,当洞庭湖水位为24 m时,最适合植物生长,当洞庭湖水位低于24 m时,洞庭湖区的植物面积受水位变化的影响较小。     

洞庭湖平原退田还湖区湿地生态功能建设初探

洞庭湖湿地是我国最大的淡水湖泊湿地生态系统之一，湿地资源丰富；由于人类长期不合理的开发利用，特别围湖造田等一系列人类活动影响，使湿地生态环境受到严重的破坏，洪涝灾害频繁，影响了湖区人民的生产生活；因此退田还湖、防洪减灾，恢复湿地，开展退田还湖区湿地生态功能区建设，不仅有利于湿地资源的保护，而且对发展湖区经济，改善湖区人民的生产生活具有十分重要的意义。     

三峡工程建设背景下的洞庭湖区治水方略探讨

在长江三峡工程建设的大背景下,本文分析了洞庭湖区的水灾减灾机制,探讨了洞庭湖区的治水方略,提出应充分发挥三峡水库的调蓄功能,协调江湖关系,改善冲淤关系,加强水利工程建设,实现三峡水库与湖南四水水库的优化调度     

博斯腾湖环境与资源的保护和可持续利用

通过实地调查和对监测资料的分析，从水域面积和水环境质量变化，湖滨湿地萎缩和芦苇资源衰退以及湖泊水环境的恶化导致生物多样性受损等方面探讨了新疆博斯腾湖生态与水环境问题及其成因，提出建立博斯腾湖保护区，加大管理检查和执法力度，加强对农田排污水的控制，强化重点排污口和重点城镇生活污水的排污管理，并通过湖滨湿地生态恢复工程、增源节水工程、加速湖水循环工程等措施，解决博斯腾湖水污染问题，保护和改善生态环境。