联合Landsat影像和ICESat测高数据估计青海湖湖泊水量变化

湖泊既是陆地水资源的重要储蓄场所,也是区域和全球水文循环系统的重要组成部分,其水量波动对气候变化较为敏感。为了掌握湖泊面积、水位和水量的变化规律,借助1988-2018年Landsat TM/ETM/OLI影像和归一化差异水体指数NDWI（normalized difference water index）提取青海湖湖泊水域面积;利用ICESat-GLAS（ice, cloud, and land elevation satellite-geoscience laser altimeter system）测高数据提取青海湖湖泊水位变化,并结合观测资料检验陆地GLAS光斑脚点高程和湖泊水位的估测精度。根据湖泊面积与水位、水量与水位的关系,构建1988-2018年青海湖湖泊面积-水位-水量波动时变序列,并探讨湖泊水位、面积、水量的年内和年际变化特征。结果表明：GLAS光斑脚点高程与高程实测值的标准误差为0.14 m,与SRTM3高程标准误差为0.26 m;1988-2018年青海湖年均水位和水量总体上呈增加趋势,其中年均水位最低值出现于2004年,平均水位为(3 193.0±0.16) m,湖泊面积为(4 190±13) km²;与1988年年均水位相比,2018年青海湖年均水位上升了(1.93±0.22) m,湖泊年均面积扩张了(197.75±6.3) km²,湖泊水量增加了(8.93±0.12) km³。     

冰川亏损对哈拉湖流域湖泊水位波动的影响

青藏高原的内陆湖泊水位和冰川变化和其流域内冰川质量亏损对湖泊水位波动的影响及其贡献对水量平衡研究具有重要意义。以哈拉湖流域冰川为例,基于2000-2015年星载雷达测高资料和Landsat卫星多光谱遥感资料分别提取湖泊水位和面积变化;结合附近的托勒台站气象观测资料,进一步分析其水位波动变化原因和冰川亏损对湖泊水量贡献。结果表明:受年降水量和夏季降水量增加影响,哈拉湖水位呈增加趋势,但哈拉湖流域冰川亏损加速趋势不明显;与2000年相比,湖泊面积增加了(21.4±4.8)km~2,湖泊水位增加了(1.68±0.26)m,相应的湖泊水容量增加了(16.1±0.3)×10~8m~3水当量。流域冰川亏损量达对哈拉湖水量的贡献率为39.65%,降水量增加对湖泊水量贡献了22.82%。     

基于卫星测高和实测数据的博斯腾湖水位变化分析

湖泊水位是湖泊水文观测必不可缺的要素,直接关系到湖泊物质交换和能量平衡,对研究湖泊运动和区域气候环境变化至关重要。为了掌握内陆湖泊水位的变化过程和空间特征,以新疆博斯腾湖为例,综合Jason-1&2、ENVISat&ERS、ICESat-1、ICESat-2等卫星测高资料,提取博斯腾湖湖泊水域瞬时水位和日均水位,并根据Hydroweb水位记录和1975-2020年博斯腾湖湖泊水位观测及水域面积数据,检验Jason-1&2、ENVISat&ERS、ICESat-1、ICESat-2测高数据的估计精度。借助趋势面分析方法,分析博斯腾湖水域水位变化的空间差异和特征。结果表明：Hydroweb水位记录、Jason-1&2、ENVISat&ERS、ICESat-1、ICESat-2卫星资料估计湖泊日均水位的绝对误差分别为0.24、0.34、0.28、0.18、0.08 m;2020年博斯腾湖年均水位为1 048.10±0.12 m,与1975年年均水位相比增加了0.70±0.15 m;湖泊瞬时水位在空间尺度上存在一定水位差,ICESat-2测高数据能准确地描述博斯腾湖水域表面高程和水位变化速率的空间异质性。     

基于Landsat及ICESat和Hydroweb的太湖容积变化监测

为得到太湖长期动态变化过程,利用1975—2015年Landsat数据,基于归一化差异水体指数法(NDWI)和改进型归一化差异水体指数法(MNDWI)提取湖泊面积数据,并基于ICESat和Hydroweb数据提取太湖水位数据。将两者相结合,得到了太湖容积变化和水量平衡数据。据此,分析了太湖水位、面积和容积变化的规律和趋势,并对其影响因素进行了研究。结果表明,太湖面积和容积变化近40年来呈缓慢增长趋势,分别从1975年的2 320.07 km~2和-0.047 0 km~3增长到了2015年的2 341.06 km~2和0.275 9 km3,增长趋势不明显;太湖水位总体上呈波动变化趋势,水位从1975年的0.982 6 m变为2015年的1.135 9 m。因此,太湖水位与面积相关性中等(R2≈0.65),容积变化与面积和水位变化的相关性较高(R~20.85)。太湖水量平衡为正平衡且变化不大,为0.009 2 km~3。入湖水量的增加、年降雨量和年蒸发量的变化及政府"退地还湖"政策是导致太湖发生变化的主要原因。     

ICESat-2/ATLAS测高数据在青海湖湖泊水位估计中的应用

湖泊既是陆地水资源的重要储蓄场所,也是区域和全球水文循环系统的重要水汽源,是气候变化的重要载体和指示器。为了评估ICESat-2/ATLAS（ice, cloud and land elevation satellite-2/advanced topographic laser altimeter system）测高数据在湖泊水位估计中的精度和应用潜力,以地处青藏高原地区的青海湖为例,基于2018年10月31日至2019年11月8日期间ATL13产品提取的青海湖湖区瞬时水位数据,并结合水文观测、LEGOS（Laboratoire d’Etudes en GéOphysique et ceanographie Spatiales）水位和风浪观测资料,验证了ATL13产品在青海湖的湖泊日均、月均水位估计精度。结果表明：ATL13产品中6束脉冲的光斑脚点高程与高程实测值的绝对误差为0.07 m,标准误差为0.18 m;2018年10月至2019年11月青海湖日均水位呈上升趋势,2018年10月青海湖月均水位估计值为3 195.75 m,2019年11月的月均水位估计值为3 196.21 m,年内湖泊月均水位上升了0.46 m;青海湖的LEGOS水位和水位观测显示,时段内月均水位分别增加了0.29±0.20 m和0.58±0.10 m;ATL13产品估计的湖泊月均水位与水位观测值较为一致,与LEGOS水位的绝对误差为0.17 m,可能受到观测时段、数据质量和空间异质性影响。     

衡水湖渗漏损失量计算分析

湖泊渗漏量是湖泊水量平衡的一项重要因素。湖泊渗漏量计算方法采用水量平衡法,以湖泊月平均水位相应水面面积落差计算蓄水量变化,再考虑引水、用水、蒸发、降水等水量变化,其差值为湖泊渗漏量。采用2003-2012年衡水湖水位、降水量、蒸发量、引水量、用水量等观测资料,筛选出对渗漏量较小的月份,建立月平均水位与月平均渗漏量相关关系,计算出衡水湖年平均单位面积渗漏量为13.1万m^3/km^2。准确计算湖泊渗漏量,对合理开发利用水资源、制定水资源调度方案由重要作用。     

控水闸对通江湖泊水位及面积变化的影响分析——以升金湖为例

根据近3年来升金湖姜坝、黄湓闸闸上和闸下以及安庆水位站实测资料,探究控水闸对通江型湖泊水位及面积的影响。结果表明:受黄湓闸控水作用的影响,姜坝站水位在枯水期维持在11 m左右,远高于其他水位站,丰水期维持在15 m的警戒水位以内,与闸上水位波动一致,在特大洪水时河湖连通,水位不受控水闸影响;闸上水位在枯水期介于姜坝站和闸下水位之间,在水位高于11 m的平水期和丰水期,水位波动基本与姜坝站水位一致;闸下水位在枯水期介于闸上和安庆站水位之间,在平水期和丰水期与长江水位波动一致;估算并比较在河湖自然连通和黄湓闸控水状态下升金湖月均面积的变化,控水闸导致枯水期湖泊面积扩大,丰水期湖泊面积缩小。     

基于遥感的1973-2015年武汉市湖泊水域面积动态监测与分析研究

近年来,武汉市城市内涝频发,湖泊的减少被认为是导致其发生的重要原因。然而目前尚未有一个统一、科学的数据来表示整个武汉市湖泊的历史变迁。为了掌握近几十年武汉市湖泊的时空变化规律,基于多源遥感数据,采用归一化差异水体指数（NDWI）和面向对象分割结合的水体提取算法,对1973-2015年武汉市的湖泊分布进行了提取,并结合武汉市气象资料和统计年鉴对引起其变化的影响因素进行了分析。结果如下：（1）1973年,武汉市辖区内的湖泊水域面积为1170.84 km²,2015年为856.27 km²,42年间减少了314.57 km²,剧烈减少时期发生在1973-2005年,2005年以后,基本趋于稳定。（2）1973年武汉市中心城区湖泊水域面积为148.90 km²,1973年到1996年,湖泊水域面积基本趋于稳定,而在1996年之后,武汉市中心城区湖泊水域面积开始剧烈减少,2010年之后,武汉市中心城区的湖泊水域面积基本趋于稳定;2015年,武汉市中心城区湖泊水域面积为99.94km²,相对于1973年,减少了48.96 km²。（3）1973年到2015年,武汉市年降水量呈现略增加的趋势,年平均气温则有一定的增加趋势;而在1990年之后,武汉市人口的增加、城镇的快速发展及房地产开发导致了大量的湖泊被侵占;气候变化和人类活动共同导致了武汉市的湖泊水域面积减少,其中人类活动是其变化的主要因素。     

近十年可可西里盐湖水量变化及其影响因素分析

由于全球气候变暖的影响,青藏高原湖泊开始逐步扩张,对自然环境和野外基础设施产生了威胁。为研究气候变化对湖泊水量的影响,利用2010～2018年青海可可西里腹地盐湖（又名68道班盐湖）的CryoSat-2卫星测高数据和Landsat遥感影像数据,分别提取了盐湖的水位及面积,结合实测获取的盐湖水下地形数据,计算并构建库容关系曲线,并结合气候变化特征进行了驱动力分析。结果表明：（1） 2010～2011年,湖泊水量增加了0.2亿m3,这一阶段盐湖还是独立湖泊;之后上游卓乃湖、库赛湖、海丁诺尔湖3个湖泊的湖水开始注入盐湖,盐湖成为流域水量“接收者”,水量开始快速增加,仅1 a就暴涨近12亿m3（该阶段主要为上游3个湖泊溢出水量）;2016年开始以平均每年约5.5亿m3的速度上涨;9 a间,盐湖的水量增加近33亿m3,并且作为流域水量的“接收者”,盐湖还在持续扩张。（2）降水量增加是盐湖扩张的主要因素,温度上升引起的冰川融化和冻土融水是湖泊变化的另一气候因素,但可能不是决定性因素。     

太湖流域主要湖泊的水域动态变化

利用GIS和遥感技术对不同时期的地形图和遥感影像数据进行处理,获取3个时期(1971,1988,2002年)的太湖流域主要湖泊的水域面积。结合多种文献资料,对太湖流域主要湖泊的水域面积变化进行了研究,并分析了引起水域面积变化的主要因素。结果表明,1971~2002年期间太湖流域主要湖泊的水域面积减少了188.87 km2;湖泊水域面积减少的主要原因是由于人类活动的影响。在实地调查研究的基础上,对合理利用与保护湖泊水资源的对策进行了探讨。     

新疆博斯腾湖入湖水量变化及其对湖水位的影响分析

根据博斯腾湖1956-2008年实测水位、入湖水量资料,分析了入湖水量与博斯腾湖水位变化关系,采用相关方法计算了博斯腾湖汛期设计入湖水量,并指出博斯腾湖水位的变化主要影响因素为汛期入湖水量,并不是短历时场次洪水,以此为计算基础,得出结论:博斯腾湖最大输水能力下,100年一遇洪水位为1048.6 m,50年一遇洪水位1 048.47 m,可为博斯腾湖水量调度、东、西泵站等输水工程的运行管理提供一定的参考价值。     

Mapping the spatial changes in Lake Volta using multitemporal remote sensing approach

Lake Volta is the world's largest man‐made lake by surface area, and the fourth largest by water volume. Located completely within Ghana, it has a surface area of about 8502 km² (3283 square miles). Like many other lakes on the African continent, Lake Volta is a major natural resource for Ghana, storing water for the operation of the hydroelectric dam, water supply for domestic, agricultural and industrial purposes, habitat for diverse aquatic species, an avenue for recreational activities, means of navigation between the north and south parts of the country, and a climate modulator for the tropical region. The lake has experienced variable water level and surface area changes attributable to climate change and excessive water abstractions. Using histogram thresholding techniques, this study produced binary images and vector maps of the lake. Spatial extent mapping of the lake using Landsat TM 1990, ETM + 2000 and ETM + 2007 images indicated the lake experienced both increased and decreased surface area changes during the study period. The lake's surface area varied by about 197 km² between 1990 and 2007, with the water level fluctuating between ±7 m. Factors thought to be contributing to these changes include human factors (regulated flows, deforestation, increased water abstractions and pollution) as well as natural phenomenon (climate change, water run‐off and subsequent sediment transport).     

Lake-Level Change and Water Balance Analysis at Lake Qinghai,West China during Recent Decades

Lake Qinghai, the largest saline lake with an area of 4,260 km² (2000) and average depth of 21 m (1985) in West China, has experienced severe decline in water level in recent decades. This study aimed to investigate water balance of the lake and identify the causes for the decline in lake level. There was a 3.35-m decline in water level with an average decreasing rate of 8.0 cm year⁻¹ between 1959 and 2000. The lake water balance showed that mean annual precipitation between 1959 and 2000 over the lake was 357 ± 10 mm, evaporation was 924 ± 10 mm, surface runoff water inflow was 348 ± 21 mm, groundwater inflow was 138 mm ± 9 and the change in lake level was −80 ± 31 mm. The variation of lake level was highly positively correlated to surface runoff and precipitation and negatively to evaporation, the correlation coefficients were 0.89, 0.81 and −0.66, respectively. Water consumption by human activities accounts for 1% of the evaporation loss of the lake, implying that water consumption by human activities has little effect on lake level decline. Most dramatic decline in lake level occurred in the warm and dry years, and moderate decline in the cold and dry years, and relatively slight decline in the warm and wet years, therefore, the trend of cold/warm and dry climate in recent decades may be the main reasons for the decline in lake level.     

近40年来中国西北内陆5个典型湖泊面积变化遥感分析

在全球气候变暖的背景下,研究中国西北内陆地区湖泊的面积变化不仅对水资源管理和可持续发展战略有着重要意义,也为评价气候变化与人类活动对湖泊的影响提供参考。以中国西北内陆区5个典型湖泊为研究对象,利用1970-2015年的Landsat MSS/TM/ETM+/OLI影像数据,利用归一化差异水体指数(Normalized Difference Water Index,NDWI)和改进型归一化差异水体指数(Modified Normalized Difference Water Index,MNDWI)分别提取5个典型湖泊边界并获取湖泊面积,同时利用5个典型湖泊周边的气象站降雨量、蒸发量等气象数据,尝试分析湖泊面积发生变化的原因。结果表明:红碱淖近30年来面积呈减小趋势,入湖河流拦蓄和煤炭地下开采等是导致面积减少的原因;博斯腾湖近40年来的面积呈先增加后减少的趋势,其面积变化主要受地表径流和积雪融水的影响;呼伦湖近40年来面积呈减少的趋势,其面积变化主要受入湖径流量的影响;贝尔湖近30年来呈相对稳定的趋势,其面积变化主要入湖径流量的影响;青海湖近40年来面积呈现先减小后增大的趋势,其面积变化主要受区域降水和入湖径流量的影响。     

Patterns of Lake Balkhash water level changes and their climatic correlates during 1992–2010 period

The variation in Lake Balkhash water levels during the period from 1992 to 2010 and their relationship with climate dynamics were investigated in this study, using satellite altimetry data and meteorological records from climate stations located in the lake catchment basin. The altimetry‐derived water level demonstrated a general water level increase, reaching a mean value of 8.1 cm year^?1 in July 2005, with a maximum value of 342.52 m. The increased Lake Balkhash water level was accompanied by an overall upward trend in precipitation and temperature in the catchment basin during the study period. A strong increase in the winter and spring temperature was the main contributor to the general upward temperature trend, whereas a significant change of summer and autumn precipitation was the major contributor to the annual precipitation trend. Neither precipitation nor temperature increased uniformly across the entire lake drainage basin. The study results identified the most pronounced climate change occurring in the mountainous part (>2000 m above sea level) of the basin, in the upper reaches of the Ili river, which is the main water inflow to the lake. Statistical analysis indicated the Lake Balkhash water level is strongly correlated with both precipitation and temperature. The correlations were investigated for three altitudinal strata (<1000 m, 1000–2000 m, >2000 m) corresponding to the lower, middle and upper reaches of the Ili river. The best correlations were obtained for the upper reaches of the Ili river, indicating a changing snow cover and glacier equilibrium are the main factors controlling the water level trends in Lake Balkhash.     

青海湖湖滨湿地演变与驱动因素分析

为了更好地应对气候变化的影响,对暖湿化气候下青海湖湖滨湿地的演变现状及其驱动因子进行研究。通过遥感影像解译和水文分析计算结合实地调查,发现21世纪气候暖湿化进程下,青海湖水位升高2.1 m,入湖水量显著增加。2003—2016年的年均径流量比1956—2002年的年均径流量增加了6.0亿m3,湖面降水增加了3.8亿m3,从最低水位到现状水位的湖滨淹没区面积为222 km2。湖滨区的地下水位抬升,地势较低的河谷区沼泽草甸面积扩大11.7 km2,溢出泉恢复,间歇性河流增加了近30条,间歇性湖泊(泡沼)恢复到1980年初的水平。同时,湖水位上升淹没了约23 km2的湖滨沼泽和鸟岛部分区域,植被腐殖质、食物碎屑和鸟类沉积粪便进入湖泊,加之畜牧业和旅游业的发展,牲畜粪便和垃圾流入青海湖,导致水深和光照适宜的湖滨区爆发刚毛藻水华。