基于EOS/MODIS数据的青海湖遥感监测

在二十世纪八十年代,NASA 开始设计地球观测系统(EOS),MODIS 数据是地球观测系统中很具特色的数据,在 TERRA 和 AQUA 卫星上均搭载有 MODIS 传感器．利用 MODIS 的较高的空间分辨率和光谱分辨率进行地球资源的监测 及预测、预报未来变化的研究是近几年热点的研究问题．本文介绍利用 EOS/MODIS 遥感数据进行湖泊水域计算机自动 识别及面积计算、湖水面温度反演、湖冰信息自动提取、湖泊封冻和解冻监测原理和方法,并以青海湖为例介绍了实际应 用情况．     

基于长时间序列(1975—2020年)生态耗水的岱海动态生态需水分析

生态需水是湖泊生态系统的重要指标,维持着湖泊生态系统的良性循环.以内蒙古中部半干旱湖泊岱海为研究对象,对湖泊动态生态需水进行分析.本研究在遥感和气象数据的基础上,获得1975-2020年长时间序列高精度水文要素数据,分析岱海水文要素时空演变规律;通过天然生态水深分析法、水深经验频率分析法和湖泊形态分析法分析岱海的水深随面积变化的关键水深;构建基于生态耗水规律的湖泊生态需水模型,计算自然状态下岱海生态需水动态变化范围.研究结果如下:岱海地区6-9月为丰水期,10月至次年5月为枯水期;45 a以来岱海水面面积呈显著下降趋势,近年来下降速率减缓;枯水期岱海适宜生态水深为8.72~9.92 m,丰水期为9.40~10.69 m,适宜生态需水量为5.62亿~7.71亿m³,适宜湖面面积为70.92~84.77 km².本文构建了长时间序列气候水文数据库,确定岱海动态生态需水范围可以实现对湖泊生态健康的实时监测,为相关规划与管理提供科学依据及可操作性指导,从而为岱海湖泊治理提供理论参考.     

1974-2016年青海湖水面面积变化遥感监测

位于青藏高原东北部的青海湖是我国最大的咸水湖和内陆湖,也是青藏高原东北部的重要水汽源,青海湖面积的动态变化是气候和周围生态环境状况的重要体现.本研究利用长时间序列中分辨率遥感影像数据,通过人工提取湖岸水涯线信息对青海湖水面面积进行监测.结果显示：1974-2016年期间,青海湖面积总体上呈先减后增的变化趋势.2004年水面积最小,为4223.73 km²,比1974年减少253.80 km².其中1974-1987年期间面积骤减;2000 2009年期间青海湖水面面积变化幅度相对较小,平均变化幅度为6.85 km².2009-2016年7 a间,水面面积增加了128.27 km².2012年青海湖面积骤增,比2011年8月同期增加65.12 km²;同年6月和9月的面积变化为2002-2016年最大,达到59.18 km².湖东岸沙岛的湖岸线变化最为显著,1974-2004年岸线后退最大距离达4.59 km,2012年的年内最大变化距离为0.39 km.青海湖流域内降水补给增加,生态环境治理措施促使入湖河流径流量增大,是近年来湖水面积增加的主要原因.     

近40年洞庭湖区内湖水面面积变化及其驱动因素

选择1979-2016年间多时期、多类型、多光谱遥感数据,分析评价洞庭湖区内湖近40年的面积变化.结果表明,最近40年洞庭湖区内湖面积保持相对稳定,丰水期间呈上升趋势,枯水期间波动下降,2016年内湖总面积比1980s初减少3.94%.随着湖泊面积增加,湖泊水面面积变化的比例和幅度逐渐减小,大型湖泊（>10 km²）和中型湖泊（5~10 km²）面积相对稳定,小型内湖（<5 km²）面积变化尤为剧烈.内湖水面面积主要受降雨、蒸发等气候因素和生产生活取水、防洪排涝和退田还湖等人为活动调控.1980-2000年和2001-2015年两个时期,洞庭湖区多年平均降雨量呈现不同程度的下降趋势,多年平均蒸发量明显上升.三峡工程运行后,三口分流衰减,但水资源需求量不断增长,退田还湖和留蓄雨洪作为水资源使得丰水期间内湖水面面积增长,气候变化和水资源开发利用导致枯水期水面面积趋于减少.有必要加强洞庭湖区内湖的研究和保护,适当退田还湖提高湖泊率,优化三口水系格局,实施河湖水系连通工程,缓解洞庭湖区季节性水资源紧张问题.     

青藏高原湖泊古今变化的遥感分析—以达则错为例

青藏高原湖泊受人类活动干扰较少,主要受气候变化导致的冰川融化和蒸发的影响,是气候变化直观敏感的反映区。因此,研究青藏高原湖泊变化对区域以至全球气候、环境变化的研究具有深远意义。本文在遥感影像的基础上发展了综合指数计算与空间分异的现存湖迭代提取方法,对影像数据上的湖泊进行动态监测;并结合DEM数据发展了半自动化的古岸线提取方法,进而分析古湖泊的变化,二者相结合直观全面地反映出了青藏高原湖泊的古今变化情况。并以达则错湖为例进行提取,分析了其近25年以来以及大湖期以来的缩减情况     

青藏高原东北部青海湖距今12ka以来的四醚指标BIT记录:对古环境重建的启示

早期的研究认为湖泊沉积物中的支链GDGTs(b GDGTs)主要来自陆地土壤细菌,而奇古菌醇由水生奇古菌产生,因此湖泊中表示b GDGTs与奇古菌醇比值的BIT指标可用于衡量陆源有机质的输入程度.然而越来越多的研究表明,湖泊环境中普遍存在着自生的b GDGTs,这样,湖泊沉积物中的BIT指标可能不能用来指示陆源物质输入.尽管如此,最近对非洲Challa湖的研究表明BIT仍可作为一个有效的古水文指标,但是在不同的湖泊中BIT对古水文变化的响应可能有所不同.本文调查了距今12 ka以来青海湖沉积物中的BIT及其相关GDGTs含量的变化.结合已发表的表层样品数据发现,青海湖沉积物中BIT的变化主要反映了奇古菌醇含量的变化,而不是细菌b GDGTs含量的变化.在青海湖中,由于奇古菌醇含量与水深正相关,因此BIT与水深负相关.这与Challa湖BIT与湖面或降雨正相关的情况相反,表明不同湖泊中BIT对水文变化的响应有所差异.因而在应用BIT重建特定湖泊古水文变化时,需要先确定控制其沉积物BIT值的主要因素.     

近20 a色林错湖冰物候变化特征及其影响因素

湖冰作为湖泊-大气界面能量和物质交换的结果,其物候变化对揭示区域气候变化和湖泊响应过程具有重要意义.本研究基于2000-2020年色林错边界矢量数据、Terra MODIS和Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像并结合气象数据及湖泊资料,利用RS和GIS手段综合分析了色林错湖冰物候变化特征及其影响因素.结果 表...     

1973-2010年巴丹吉林沙漠腹地湖泊面积空间变化的遥感分析

利用1973、1990、2000、2010年4个时期遥感影像数据,提取并统计了1973-1990、1990-2000、2000-2010、1973-2010年4个时期湖泊面积变化信息,分析了巴丹吉林沙漠湖泊面积变化的空间特征.结果表明,湖泊数量与面积整体表现为减小,同时也存在湖泊面积增大与湖泊新增;1973-2010年间,沙漠腹地共干涸19个湖泊、新增7个湖泊,43个湖泊萎缩、6个湖泊扩张,26个湖泊面积基本保持稳定;从湖泊面积的空间变化看,面积减小的湖泊在整个湖泊区域均有分布,面积增大的湖泊较多分布于研究区东侧,且多在中东部区域外围,面积减小剧烈的湖泊在空间上有聚集分布的态势;湖泊面积变化量在整个空间上并没有表现出显著的正相关关系.湖泊面积变化所表现的空间特征可能由于不同湖泊区域补给来源不同或不同湖泊补给方式存在差异造成的.     

蒙新高原湖泊水质状况及变化特征

蒙新高原位于干旱/半干旱气候区,区内湖泊众多,但多为盐湖和咸水湖.近年来,由于湖泊咸化、萎缩甚至干涸的过程加快,区内多数湖泊水资源严重短缺,湖泊及其流域的生态环境遭遇巨大破坏.本文选取蒙新地区11个淡水和微咸水湖泊,通过对不同区域和不同类型的湖泊水质状况分析和对比研究,揭示蒙新地区湖泊水质现状及其变化特征与原因.结果表明,新疆地区湖泊类型多样,湖水阴、阳离子涵盖了各种水化学类型,而内蒙湖泊均为钠组-氯化物型.不同湖泊间湖水离子浓度和矿化度差异较大,湖水交换是蒙新地区湖泊水体矿化度的主要影响因素;与1988年相比,哈纳斯湖、阜康天池和赛里木湖等山地湖泊矿化度无明显变化或呈下降趋势,反映了区域气候变化特征;柴窝堡湖和红碱淖湖水矿化度快速升高,而达里诺尔水体矿化度增幅较小,其差异反映了修筑水库、地下水开采等人类活动在湖泊水环境变化中的不同作用.近50年来,乌伦古湖、博斯腾湖、吉力湖和乌梁素海水体矿化度波动升高,尤其近年来矿化度升高趋势加快,反映了流域内工农业等人类活动增强而导致入湖污染物增加以及气候干旱引起湖水浓缩两个方面所产生的叠加效应.     

1975-2013年西藏佩枯错湖面变化及分析

根据1975年地形图、1970s末至2013年19期Landsat（MSS、TM、ETM⁺）陆地资源卫星和20032009年ICESat卫星数据,以及近40年气象资料,对西藏佩枯错湖泊面积变化进行分析.结果表明,湖泊面积、湖泊高度变化波动较大,均呈减少和退缩趋势.19752013年间湖泊面积减少10.68 km²,减幅为3.79%.从空间动态变化来看,变化较明显的区域位于该湖的南岸和东北岸,南岸、东北岸湖岸线分别向北、向西南萎缩.20032009年湖面高度和湖泊面积均呈现出下降趋势,分别下降了0.17 m和4.4 km².19992013年之间对该流域湖泊有影响的冰川变化分析显示,冰川呈现出退缩、面积减少趋势.数据显示冰川面积总共减少了17.17 km²,减少率为7.91%.自1971年以来,流域气温总体呈上升趋势,2000年以后升温显著.佩枯错43 a来降水量年际变化波动较大,年降水量呈减少趋势,总的来说降水量每10 a减少6.99 mm.虽然佩枯错属于降水和冰雪融水补给湖泊,但该流域湖面增减与周围冰川变化的关系并不明显,与温度变化呈负相关,而与流域内降水量呈正相关.综合分析表明,佩枯错流域湖泊变化与冰川退缩关系不密切,降水量是湖泊变化的主要原因.     

1973-2018年青海湖岸线动态变化

青海湖独特的地理位置使得其不仅对环湖周边区域气候起着天然调节器的作用,而且还拥有丰富的湖岸线资源,准确、及时地掌握青海湖岸线动态变化对保护沿湖生态环境有重要意义.因此本文基于1973-2018年Landsat MSS/TM/OLI遥感影像和1961-2017年实测水位资料,对青海湖岸线动态变化及对鸟类栖息地的影响进行研究,同时结合面积、水位及气象数据讨论了影响岸线变化的主要因素.研究表明：1）近45年来青海湖岸线发生变化最大的区域是东岸的沙岛,西岸的鸟岛、铁布卡湾及北岸沙柳河入口区域.尤其自2004年以来,鸟岛地区岸线后退距离最大（5.52 km）,鸟类栖息地扩张约97.94 km²,为鸟类提供了较好的栖息环境.（2）1973-2018年青海湖岸线长度以0.88 km/a的速率逐渐延长.1997年之前岸线长度呈较为平稳的上升趋势,1997-2004年呈波动下降趋势,2004年之后呈剧烈波动增加趋势,岸线曲折性也表现出相同的变化趋势.（3）总体上岸线长度和曲折性受水位和面积的影响并不显著,但在不同的水位情况下,二者对青海湖动态变化做出不同的响应.尤其当水位小于3193.3 m或面积小于4249.3 km²时,岸线曲折性会随着水位和面积变化呈现相同的变化趋势,而水位高于3193.3 m时,岸线曲折性一直在增加,且水位上升速率越大则曲折性年际变化越大.（4）1973-2004年间青海湖水位下降和土地沙漠化是造成湖岸线变化的直接成因,人类活动及草场退化加速了湖泊岸线的变迁.2004年之后,随着青海湖水位回升与面积扩张,岸线逐渐后退,尤其在2017-2018年岸线后退距离最大.     

青海湖泉湾镭同位素的空间分布与沿岸地下水排放评价

青海湖是青藏高原的重要组成部分,它是维系青藏高原东北部生态安全的重要水体.其沿岸地下水的排放直接影响了青海湖的水文生物地球化学过程,然而对该问题的研究仍然不充分.本研究于2014年对青海湖泉湾湖水、河水和地下水进行223Ra和224Ra活度的测定分析,并对泉湾湖水水平向和垂直向的Ra活度分布进行深入分析,最后估算并探讨了泉湾水体的停留时间和布哈河口沿岸地下水的排放通量.表层湖水、河水、地下水不同端元的水体223Ra和224Ra活度值分别为0.441和0.026 dpm/100 L、0.22和0.016 dpm/100 L以及0.061和1.30 dpm/100 L,最高值为地下水,其次湖水,河水最小;总体上泉湾湖水223Ra和224Ra活度随离岸距离增加分别由0.047到0.011 dpm/100 L和1.4到0.2 dpm/100 L的减小,垂向上Ra活度呈楔形分布,Ra活度在不同方向上的非保守性分布主要受到悬浮颗粒物解析的影响;通过水体滞留时间模型计算获得青海湖泉湾水体的平均停留时间为1.8天,进一步分析泉湾水体Ra的源汇项,应用镭同位素质量平衡模型获得泉湾布哈河口沿岸地下水排放通量为0.054～0.109 m3/(m2·d).     

2004年以来青海湖快速扩张对人居设施与草地的潜在影响

作为我国最大的内陆咸水湖,青海湖是青藏高原东北部重要水汽源,在维持区域生态环境及半干旱生态系统功能方面发挥着重要作用.近年来,青海湖水位迅速上升,但是湖泊扩张对周边人居设施与草地的影响尚未得到广泛关注和报道.基于1995-2019年Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像、Hydroweb多源测高同化水位数据、SRTM-1 DEM数据等,本研究以青海湖近年来增长速率情景开展湖泊快速扩张对周边人居设施(道路、居民点)与草地影响和潜在威胁的定量研究.结果表明:1995-2004年期间青海湖处于萎缩态势,2004年水位和面积出现最小值,之后,青海湖进入稳定扩张期.2004-2019年期间,青海湖水位累计上涨3.27 m,年均增长率约为0.22 m/a;相应地,青海湖水量增长了14.25 km³,年均增长率为0.95 km³/a.湖泊扩张模拟结果显示,若青海湖水量以当前速率增长,水位将在2070年前后达到3207 m(相对2019年约10 m的水位涨幅),届时将会淹没178个居民点、长度约为1286.91 km的道路以及2042.22 km²的植被,其中预测的高风险区域主要为切吉乡、泉吉乡和金滩乡.该研究有望为青海湖快速扩张对当地居民的影响和潜在威胁提供重要的科学参考,并在气候变化背景下为制定缓解气候变化风险的预案提供科学依据.     

青海湖流域50年来(1956-2007年)河川径流量变化趋势——以布哈河和沙柳河为例

通过对青海湖流域布哈河和沙柳河50年来的河川径流量分析发现,布哈河和沙柳河年径流量50年来没有显著的变化趋势,这两条河流的河川径流量对青海湖水位下降所起的作用不明显;布哈河月平均流量的年际变化在1月、2月和3月有减少的趋势,沙柳河月平均流量的年际变化在1月、2月、4月和5月亦有减少的趋势;布哈河的径流量大于沙柳河的径流量,在55%-91%频率范围内,布哈河的径流量小于沙柳河的径流量,在其它频率范围内,布哈河的径流量显著大于沙柳河的径流量,在一年中,布哈河和沙柳河的月径流量具有显著的差异;布哈河来水丰沛期是20世纪60年代,贫乏期是90年代,70和80年代为平水期;沙柳河月径流量从20世纪60年代到90年代一直比较稳定,没有发生显著的变化.     

人类活动对青海湖水位下降的影响

青海湖是我国最大的内陆湖泊,位于青藏高原的东北隅。近三十年来由于自然要素和人为活动的影响,湖周生态环境急剧退化,湖水位下降达3.35m,湖面收缩约300多km~2。根据调查研究以及其他方面的资料。青海湖多年平均亏水量4.36×10~8m~3,而人为活动耗水量占亏水量的8.7％。仅占湖面蒸发量的1％。所以,人为耗水与湖水位波动无明显相关,湖水位下降虽然是综合效应,但主导因素是气候变化,并导致湖周生态环境的恶化。     

青海湖水位变化与湖区气候要素的相关分析

对湖区现有气象和水文资料作相关分析后得出,影响青海湖水位或水量的主要气象因子是前期降水量、当年蒸发量、水汽压饱和差及融冰期开始后的气温。影响湖周水系流量的气象因子则视发源地远近而异：源于近处的短程河溪的流量受制于当时降水量;源于冰山雪岭的较长河流的流量,由发源地及其流域的固态水储量和当时热状况而定。     

Weathering,Sr fluxes,and controls on water chemistry in the Lake Qinghai catchment,NE Tibetan Plateau

Strontium (Sr) concentrations and isotopic ratios have been measured in a series of water and rock samples from most of the major tributaries of the Lake Qinghai basin on the north‐eastern Tibetan Plateau. Dissolved Sr and ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr show ranges of 488–12 240 nmol/l and 0·710497–0·716977, respectively. These data, together with measurements of major cations and anions in rivers and their tributaries and various lithologies of the catchment, were used to determine the contributions of Sr and its isotopic expense to rivers and lakes. Our results demonstrate that the chemical components and ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios of the alkaline waters are derived from mixing of carbonate and silicate sources, with the former contributing 72 ± 18% dissolved Sr to rivers. The difference in tributary compositions stems from the lithology of different river systems and low weathering intensity under a semi‐arid condition. Variation in ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratios places constraint on the Sr‐isotopic compositions of the main tributaries surrounding Lake Qinghai. The water chemistry of the Buha River, the largest river within the catchment underlain by the late Paleozoic marine limestone and sandstones, dominates Sr isotopic composition of the lake water, being buffered by the waters from the other rivers and probably by groundwater. However, the characteristic chemical composition of the lake itself differs remarkably from the rivers, which can be attributed to precipitation of authigenic carbonates (low‐magnesium calcite, aragonite, and dolomite), though this does not impact the Sr isotope signature, which may remain a faithful indicator in paleo‐records. Regarding the potential role of groundwater input within the Lake Qinghai systems in the water budget and water chemistry, we have also determined the Sr concentration and ⁸⁷Sr/^S6Sr ratio of groundwater from diverse environments. This has allowed us to further constrain the Sr isotope systematic of this source. A steady‐state calculation gives an estimate for the groundwater flux of 0·19 ± 0·03 × 10⁸ m³/yr, accounting for about 8% of contemporary lake Sr budget. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

近三百年来洪泽湖演变过程及其原因分析

洪泽湖是淮河水系中最重要的湖泊之一,是我国的第四大淡水湖,它在防洪、灌溉、航运、跨流域调水以及水资源与水环境保护等方面发挥着重要作用.过去300年来,由于黄淮关系的演变和人类活动的影响,洪泽湖水域面积发生剧烈变化.研究湖泊水域空间变化有助于认识流域环境变化与人类活动影响.本文利用18世纪初以来的古地图、历史文献资料及1981-2016年期间的7期遥感影像数据,采用遥感和地理信息系统技术相结合的方法,分析了近300年来洪泽湖水域时空演变过程及其原因.研究结果表明：过去300年来,洪泽湖面积总体呈减少趋势,年际缩减速率为0.17%,且湖域范围总体表现为由四周向中心缩小的趋势,其中西南湖域的形态变化最为显著.具体而言,清中期以前,黄河多次夺泗入淮,洪泽湖面积变化受黄淮关系、高家堰等水利枢纽的修建以及降水等因素影响.至清末,洪泽湖面积由3078.78 km²下降至2335.73 km²,共减少743.05 km²,其空间形态也发生了剧烈变化,该时期黄河改道、降水以及人口增长导致的湖滨围垦是影响洪泽湖演变的主要原因.建国以来（1949-2016年）,洪泽湖面积进一步缩小,由1757.60 km²下降至1488.43 km²,共减少了269.17 km²,其中1995-2000年间湖泊面积下降最为显著,共减少了281.43 km²,湖泊动态变化度达到2.78%,该时期自然因素对湖泊水域面积的影响减弱,而人口增长、围垦及水利工程的修建等人类活动逐渐成为影响洪泽湖演化的主导因素.