近40 a西藏那曲当惹雍错湖泊面积变化遥感分析

西藏著名圣湖之一的当惹雍错,是藏北高原腹地内陆封闭大湖,对湖泊面积变化的长时间序列研究较少,本文通过高分辨率陆地资源卫星Landsat TM/ETM+数据源,利用遥感和地理信息系统软件,通过人工目视解译方法对1977-2014年当惹雍错湖泊面积变化进行系统分析,并结合流域临近气象站资料,流域冰川等辅助数据对其湖泊面积变化原因进行综合分析.结果表明,1977-2014年当惹雍错湖泊平均面积为835.75 km~2,1977-2014年湖泊面积总体呈上升趋势,1970s湖泊平均面积为829.15 km~2,1980s和1990s湖泊平均面积分别为827.50和826.42 km~2,2000年之后湖泊面积明显增加,2000s湖泊平均面积与1970s相比,增幅为8.04 km~2.当惹雍错湖泊空间变化特点是,位于最大河流入口处达尔果藏布的湖泊东南部扩大明显,湖泊西南部小湖1于2014年9月开始明显扩大并与当惹雍错有相连趋势;流域冰川融水是当惹雍错主要补给源,近40 a当惹雍错湖泊面积变化是在气温升高的背景下,冰川、降水量和蒸发量三者共同变化作用的结果.     

1987—2022年新安江水库(千岛湖)水面面积时空变化及其与水位、蓄水量的响应关系

水面面积、水位、蓄水量是水库水资源管理的重要基础数据,遥感是湖库水体提取、水位和蓄水量估算的重要技术手段。由于不同水体提取方法的适用性差异、测高卫星数据的有限时间覆盖度和开源数据集的时空分辨率不足等原因,湖库水面面积、水位、蓄水量的长时序、高频率时空变化监测仍存在一定挑战。本研究以新安江水库为研究区,结合多源遥感、气象、水文和土地利用等数据,基于Google Earth Engine云平台,运用水体指数法,分析1987—2022年新安江水库水面面积时空变化特征,构建水位-水面面积、水位-蓄水量和水面面积-蓄水量响应关系,探究水面面积时空变化成因。结果表明:(1) Landsat 5、Landsat 8和哨兵2号数据的最佳水体提取指数分别为AWEI_sh和GNDWI,F1-score分别为91.93%、91.03%和93.14%。相比于开放数据集GSWED(32.61%)、JRC GSW(76.17%)和ReaLSAT(69.76%),基于最优水体指数的水体提取结果具有最高的F1-score(91.26%);(2)时间上,1987—2022年新安江水库水面面积呈显著上升趋势(R²=0.20,P=0.01),总体增长速率为0.96 km²/a;空间上,永久性水体(淹没频率大于75%)面积占比为73.44%,主要分布在湖心等水体开阔区域;季节性水体(淹没频率＞25%且≤75%)面积占比为10.17%,主要分布在湖汊区域;(3)三次多项式函数可以较好地模拟新安江水库水位-水面面积、水位-蓄水量和水面面积-蓄水量的响应关系;(4)千岛湖流域上游降水和人类活动导致的土地利用变化是影响新安江水库水面面积动态变化的主要因素。     

1975-2007年中亚干旱区内陆湖泊面积变化遥感分析

中亚干旱区内陆湖泊的湖面变化反映了气候波动和人类活动对流域水文过程的影响.本文以中亚干旱区平原区尾闾湖泊、吞吐湖泊和高山湖泊三类典型内陆湖泊为研究对象,利用1975-2007年Landsat遥感影像,基于归一化水体指数提取湖泊水域边界信息,分析近30年来内陆湖泊湖面变化特征.结果表明,近30年来,研究区内有超过一半的内...     

离散型湖泊水体提取方法精度对比分析

基于卫星遥感的陆地水体提取方法多种多样,并且应用广泛.对于水体分布支离破碎的枯水期湖泊,准确的水体提取方法尚不明晰,直接影响湖泊水域面积的提取精度.以鄱阳湖湖区为研究对象,利用ALOS遥感影像,以2.5 m高分辨率全色波段融合影像非监督分类(ISODATA)得到的水体面积为参考值,分别使用归一化水体指数(NDWI)法、NDWIISODATA法和基于近红外(NIR)的ISODATA法提取了10 m分辨率的水体分布,分析了不同方法提取结果之间的差异性及产生原因.结果表明:3种方法均可以较好地提取出水体,但利用ISODATA法提取的水体细部信息更为明显,面积值较NDWI法更大;相对于近红外单波段而言,基于NDWI图像的ISODATA法提取水体的精度更高.纵观3种方法,基于NDWI图像的ISODATA法提取的水体精度最高,基于近红外波段的ISODATA法提取结果次之,NDWI阈值法的提取效果最差.研究结果对于离散型湖泊水体提取方法及数据源的选择等具有重要的借鉴和参考意义.     

基于多源卫星数据扎日南木错湖面变化和气象成因分析

利用Landsat(MSS、TM、ETM+)系列卫星和环境减灾卫星CCD遥感影像数据以及西藏扎日南木错地区近40年(1970-2011年)气象资料,分析湖泊面积的变化特征,并探讨湖泊面积变化的可能气象成因.结果表明,扎日南木错1975-2011年间经历了先萎缩后扩张的过程,湖泊面积呈增长趋势,增长面积为7.08 km2.扎日南木错流域在过去40多年里冰川在退缩,温度升高,降水量增加,而蒸发量和最大冻土深度减少.湖泊面积与年气温之间有显著的正相关关系,气温升高可能是湖面扩大的原因之一.     

近50年来内蒙古查干淖尔湖水量变化及其成因分析

内蒙古查干淖尔湖是位于季风边缘区干旱与半干旱过渡带的封闭湖泊,对气候变化响应极为敏感.利用1958-2010年的查干淖尔湖21期遥感影像以及湖泊流域1955-2010年的3个气象站点和1个水文站点的气温、降水、蒸发和径流等数据,分析查干淖尔湖近50余年的湖泊水量、面积/水位波动及其原因.结果表明,近50年来在区域气候暖干化的背景下,查干淖尔湖不断萎缩,流域生态环境退化.1958-2010年湖泊容积以2×106m3/a的速度锐减66.9%(从124.1×106m3降到41.1×106m3),湖泊面积缩小73.3%(从105.3 km2降到28.1 km2),平均缩减速度为1.8 km2/a;流域年均气温上升了2.5℃,年降水量下降了36.6 mm.湖泊水量与流域气温和蒸发量显著负相关.查干淖尔湖分为东西两部分,中间由天然堤坝相连,东湖在水闸的人为控制下水位波动范围不超过1 m.西湖水位波动则相对剧烈,湖面下降7.6 m,于2002年彻底干涸,湖盆裸露,已成为盐尘暴、沙尘暴源地.     

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.     

鄱阳湖水体夏季气温效应

本文讨论了定量计算湖泊纯水体气温效应的方法,在计算鄱阳湖水体夏季纯水体气温效应值的基础上,重点分析鄱阳湖水体夏季气温效应的特征、强度和分布,其结果是鄱阳湖水体夏季对湖区气温影响呈热源效应。表现在提高了湖区夏季平均气温,湖中心棠荫站比湖外高O.1—1.0℃,纯水体气温效应为0.4℃。随着距水体距离的增大,气温效应也逐渐减弱,水体影响气温的范围约为10—40km。由于湖区夏季受到副热带高压控制,陆风比湖风旺盛,气温效应夜间比白天强,加上地形的作用,影响范围南部比北部大。1980—1987年间的7、8月考察资料也和上述结果相吻合。     

基于遥感特征指数的地表水体自动提取技术研究

为了从海量遥感数据中有效地提取地表水体信息,并提高自动化提取效率,提出了一种基于遥感特征指数的地表水体自动提取方法.该方法选取归一化植被指数(NDVI)、归一化建筑指数(NDBI)和修正归一化水体指数(MNDWI)作为遥感特征指数集,并根据这些指数构建了遥感特征指数曲线.通过分析,发现地表水体在特征曲线中单调上升,植被在特征曲线中单调下降,而其它地物并无此特征.因此,根据这一规律,利用ERDAS IMAGINE软件建立了自动化提取模型.通过与其他方法对比,表明所建立的模型在精度和自动化方面都明显优于其他方法,可用于海量数据地表水体的自动提取.最后,在ARCGIS环境下,并通过决策树模型初步实现了地表水体的自动分类.     

基于多时相主被动遥感的漓江水面监测与水质参数反演(2016—2020年)

以漓江流域为研究区域,以2016-2020年Landsat 8 OLI、GF-1、Sentinel-2A及Sentinel-1A逐月影像为数据源,选用归一化水指数(NDWI)、改进型归一化水指数(MNDWI)、增强型水体指数(EWI)、归一化差值池指数(NDPI)、后向散射系数(S)与主被动遥感加权指数(JQ)提取漓江水体信息,采用二类水体区域性近岸海域水色算法(C2RCC)、最大叶绿素指数(MCI)、双波段比值法(Double R)及叶绿素反射峰强度(ρchl)4种方式,反演漓江水体叶绿素a(Chl.a)与总悬浮物质(TSM)浓度.将漓江划分为278个基本评价单元,利用水面变化区域差异值(WDr)、河岸线发育系数(SDI)与水体信息变化动态度(K)等指标定量分析漓江上、中、下游枯水期和汛期的水文和水质信息的年内时空动态变化,得出以下结论:(1)主被动遥感加权指数JQ与NDPI指数的提取效果优于NDWI、MNDWI、EWI指数与后向散射系数,但与JQ指数相比,NDPI指数提取精度更高、可信度更强.(2)基于C2RCC算法反演的Chl.a浓度的均方根误差(RMSE)处于0.18~7.88 mg/m³之间,TSM浓度的RMSE为0.17~12.55 g/m³,可较好地反映漓江水质参数变化情况.(3)基本评价单元的划分可清楚地分析出上、中、下游地区水域水面宽度、水域面积、Chl.a与TSM浓度的连续变化情况,实测数据则依靠站点监测,所得结果较分散,无法进行连续性分析.(4)漓江5-10月降水较多、水体流动性强,大部分地区平均水面宽度在100~250 m范围内,水体富营养化程度低,水质较好,但2月水质最差,水体富营养化程度较高地区主要集中于上、中游的兴安县、灵川县等城镇居民区以及下游旅游开发区较多的兴坪镇.     

遥感影像空间分辨率变化对湖泊水体提取精度的影响

湖泊面积是表征湖泊水情变化的重要指示因子,如何从不同空间分辨率遥感数据中获取客观准确的水面信息,是当前遥感应用研究中的难点问题.本文以鄱阳湖为例,通过选用丰水期和枯水期代表性Landsat ETM+遥感影像,采用最邻近法(NN)和像元聚合法(PA)两种重采样方法,分别获取分辨率逐渐降低的不同分辨率的影像数据,结合归一化差异水指数法研究水域面积随遥感影像分辨率降低的变化趋势及其误差变化特征,同时深入分析不同影响因素对水体提取精度的差异.研究结果表明:(1)空间分辨率是影响鄱阳湖水体提取精度的重要因素之一,随着遥感影像空间分辨率的降低,提取水域面积的精度相对30 m分辨率时呈逐渐降低的趋势,但整体精度较高,最低精度在67.64%以上;(2)NN重采样方法对遥感影像波段亮度值的均值影响不大,但PA重采样后影像的均值和标准差随分辨率逐渐降低且变化更有规律;(3)水体阈值在PA重采样后变化较大,NN重采样后变化较小,因而采用30 m分辨率时获取的阈值提取PA重采样后鄱阳湖水体误差较大,提取NN重采样后的湖泊水体误差较小.本研究结果对于全球变化影响下湖泊水体信息遥感精确提取具有重要的参考价值.     

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.     

基于Landsat影像的近40年来(1982—2021年)三峡库区水面面积及其蒸发损失变化

三峡水库蓄水引起库区水位抬升,水面面积显著增加,对区域水文循环过程产生了一定影响。为揭示三峡水库蓄水前后水面面积及蒸发损失变化规律,选取三峡库区坝前至寸滩区间作为研究区,利用Landsat影像数据提取1982—2021年水面面积,分区建立水位与面积关系曲线,进而推求库区逐日水面面积。在估计三峡库区水面面积的基础上,结合站点潜在蒸发资料推求水面蒸发损失量。研究结果表明:2010年三峡水库全面运行后,坝前至寸滩库区平均水面面积由蓄水前的372.96km²,增加到761.31km²,较蓄水前增加了1.04倍。同时,三峡水库的蓄泄调节改变了库区河段原有的水文节律,使得库区水面面积的季节性变化特征较蓄水前发生了显著变化。蓄水后,冬季水面面积最大,平均为843.81km²,较蓄水前增加了1.89倍;秋季、春季次之,水面面积分别为818.73和735.28km²,较蓄水前分别增加了97.17%和1.28倍;夏季水面面积最小,为653.03km²,较蓄水前仅增加了39.06%。水库全面运行后,...     

近40年青藏高原湖泊面积变化遥感分析

以MSS、TM和ETM遥感影像作为主要信息源,综合利用RS、GIS技术,提取青藏高原1970s、1990s、2000s及2010s 4个时段的湖泊面积信息,分别从区域位置、面积规模、海拔高度3方面分析其近40年来的变化趋势及变化特征,同时结合1972-2011年间青藏高原气候变化情况,初步探讨了影响青藏高原湖泊面积变化的主要原因.研究结果表明:(1)青藏高原面积大于10 km²的湖泊有417个,这些湖泊大多是面积为10~100 km²的小型湖泊,空间上集中分布在高原西部地区,海拔上集中在4500~5000 m范围内;(2)近40年青藏高原湖泊面积的变化趋势及差异性特征在整体上表现为湖泊呈加速扩张的趋势,其中2000s-2010s时段是湖泊扩张最显著的时期;在区域位置上,北部地区的湖泊变化最为剧烈;在面积规模上,小型湖泊扩张最为显著;在海拔高度上,低海拔地区湖泊扩张剧烈;(3)近40年青藏高原气候暖湿化程度明显,气候变化对湖泊面积变化影响显著;在气象要素中,降水量的变化是青藏高原湖泊面积变化的主要驱动因子.     

Assessment of reservoir sedimentation using remote sensing and recommendations for desilting Patratu Reservoir,India

ABSTRACT

This study describes the assessment of reservoir sedimentation of the Patratu Reservoir using Satellite Remote Sensing (SRS). The sedimentation assessment was carried out using satellite data and reservoir water level data from 2006 to 2012. Water spread area was analysed from satellite data. The Normalized Difference Water Index (NDWI) has been used to delineate open water features and to enhance the presence of water surface in satellite imagery of the Patratu Reservoir. Water spread area of the reservoir at a particular elevation on the date of the passing of the satellite was used to develop an elevation-area curve. For the present case, fluctuation of water level was found to vary from 387.096 to 406.152 m. The linear interpolation/extrapolation technique has been employed to assess the water spread area of Patratu Reservoir at different elevations. Further, these areas were used to compute the live storage capacity of the reservoir between two elevations by the Prismoidal formula. From the study, it was found that due to sedimentation, the live storage capacity of Patratu Reservoir has reduced from 101.95 to 89.96 hm³, thus showing capacity loss of 11.76% in a span of 44 years. To increase the live storage capacity of the reservoir it is proposed to adopt manual and mechanical digging combined with flushing for desilting of the deposited sediment.

EDITOR D. Koutsoyiannis ASSOCIATE EDITOR S. Kanae     

Estimates of spatial variation in evaporation using satellite‐derived surface temperature and a water balance model

Evaporation dominates the water balance in arid and semi‐arid areas. The estimation of evaporation by land‐cover type is important for proper management of scarce water resources. Here, we present a method to assess spatial and temporal patterns of actual evaporation by relating water balance evaporation estimates to satellite‐derived radiometric surface temperature. The method is applied to a heterogeneous landscape in the Krishna River basin in south India using 10‐day composites of NOAA advanced very high‐resolution radiometer satellite imagery. The surface temperature predicts the difference between reference evaporation and modelled actual evaporation well in the four catchments (r² = 0·85 to r² = 0·88). Spatial and temporal variations in evaporation are linked to vegetation type and irrigation. During the monsoon season (June–September), evaporation occurs quite uniformly over the case‐study area (1·7–2·1 mm day^?1), since precipitation is in excess of soil moisture holding capacity, but it is higher in irrigated areas (2·2–2·7 mm day^?1). In the post‐monsoon season (December–March) evaporation is highest in irrigated areas (2·4 mm day^?1). A seemingly reasonable estimate of temporal and spatial patterns of evaporation can be made without the use of more complex and data‐intensive methods; the method also constrains satellite estimates of evaporation by the annual water balance, thereby assuring accuracy at the seasonal and annual time‐scales. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

三峡水库枯水期补水调度对洞庭湖越冬白鹤(Grus leucogeranus)摄食栖息地的影响

摄食栖息地面积是反映越冬水鸟生存空间的直接指标,三峡水库运行后洞庭湖枯水期水文节律出现新的变化,给越冬水鸟摄食栖息地造成的影响尚不明确.为定量描述三峡水库枯水期不同出库流量对洞庭湖越冬水鸟摄食栖息地的影响,以洞庭湖典型的珍稀越冬水鸟——白鹤(Grus leucogeranus)为指示性候鸟,以白鹤摄食对栖息地水深需求作为关键生态因子,建立白鹤摄食对水深需求的栖息地适宜度模型.构建涵盖长江干流、三口河系、洞庭湖及其四水尾闾河段的江湖一体化耦合水动力模型,实现栖息地水动力分布特征的精确模拟.在此基础上耦合栖息地适宜度模型和水动力模型,建立了面向白鹤摄食对三峡水库出库流量需求的物理栖息地模型,量化不同出库流量对应的白鹤摄食栖息地加权可利用面积,定量分析水库运行对白鹤摄食栖息地面积的影响.结果表明:1月中旬三峡水库不同出库流量下洞庭湖白鹤潜在摄食栖息地面积保持稳定并随出库流量的增加呈增大趋势,维持在101.40~121.84 km²之间,其中东洞庭湖摄食栖息地面积在7.49~9.86 km²之间,南洞庭湖(含横岭湖)摄食栖息地面积在47.37~60.34 km²之间,西洞庭湖摄食栖息地面积在46.54~51.64 km²之间.不同湖区摄食栖息地面积随着三峡水库出库流量的增加均呈增大的趋势,说明三峡水库枯水期补水调度对于维持栖息地面积具有重要作用.较三峡水库运行前相比,白鹤摄食栖息地面积最大增加20.44 km²,对应的增幅为20.16%.成果明晰了三峡水库运行对洞庭湖白鹤摄食栖息地面积的影响规律,可为通过三峡水库补水调度改善洞庭湖越冬水鸟摄食栖息地生境提供理论基础.