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...     

基于星载雷达测高资料估计博斯腾湖水位-水量变化研究

为了理解气候变化背景下的内陆湖泊水位、面积、水量波动变化规律,科学合理地指导湖泊水资源利用与开发。利用1990-2015年Landsat TM/ETM/OLI影像和2002-2015年多源星载雷达测高资料,借助归一化水体指数(Normalized Difference Water Index,NDWI)提取博斯腾湖湖泊水域面积,结合湖泊水位观测数据,对星载雷达测高数据提取的湖面瞬时水位估计值进行对比与分析;根据湖泊面积与水位、水量与水位的关系式,构建湖泊面积-水位-水量波动时变序列,并探讨湖泊水位和水量变化的年际特征。结果表明:ICESat-GLAS、ENVISatERS、Jason-12的当日水位估计值与附近扬水站的水位观测值绝对误差分别小于0. 21、0. 18、0. 15 m,而且具有较强的相关性和一致性。1990-2002年湖泊水位持续增长阶段; 2002-2015年期间,湖泊水位持续下降。2015年湖泊水域面积比1990年减少了(32. 20±3. 5) km2,年均水位下降了(0. 81±0. 19) m,湖泊水量减少了(9. 49±0. 022)×108m3。因此,湖泊水量变化为气候系统和人类活动的影响机制的理解提供了参考依据。     

闸控通江浅水湖泊水位变化特征及影响因素研究

闸控通江浅水湖泊水位变化对湖泊水生态系统的稳态转换具有重要意义,因此研究湖泊水位变化及其对入湖径流、水闸调控、江湖关系和人类开发活动等因素的响应很有必要.以长江中下游典型闸控型通江浅水湖泊菜子湖为研究对象,基于2002～2016年湖区、通江闸上、通江闸下、长江干流4个代表性水文站点的实测水位数据,结合遥感影像、湖区围垦...     

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。     

莫莫格湖泊群环境变化的探讨

莫莫格湖泊群水位和生态环境的变化,主要取决于大气降水和河流水位的变化。近年来。湖区气温逐渐上升。在自然因素和人为活动的影响下,湖泊水位有逐渐下降的趋势,湖泊生态环境不断恶化。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

青藏高原可可西里盐湖水量平衡初步分析

可可西里地区主要湖泊自西向东分别为卓乃湖、库赛湖、海丁诺尔湖和盐湖。2011年9月自卓乃湖溃决后,大量湖水外泄,导致原本独立的4个湖泊建立了水力联系,盐湖成为最下游的尾闾湖,水文情势发生变化。利用周边地面监测站点及多次水文调查,统计分析了1961～2018年可可西里主要气候要素变化趋势,并从水量平衡角度探讨了水文情势变化后的盐湖水体补排、泄、蓄关系。结果表明:2011年之前,盐湖为独立的补排关系;2011年之后,由于青藏高原暖湿化变化,上游卓乃湖、库赛湖、海丁诺尔湖已相继蓄满,多余水量全部进入盐湖,导致其持续扩张。若盐湖水位持续上涨,湖水将外溢进入长江流域楚玛尔河支流清水河,对青藏多条"生命线"构成威胁。     

气候变化对可可西里盐湖流域湖泊水量变化的影响分析

湖泊是气候变化的敏感指示器。为了研究气候变化对湖泊水量的影响,以盐湖流域为研究区,应用统计方法对1989—2018年降雨、气温、蒸发进行线性趋势和突变分析,采用多源卫星遥感技术对湖泊面积等水文要素进行监测,分析湖泊面积与气象要素、湖泊面积与湖泊水量之间的相关性。利用VIC模型模拟径流并结合计算的冰川水量得到盐湖径流组成,定量探讨气象要素对湖泊水量变化的影响,综合分析2011年前后气象要素影响流域湖泊水量的差异。结合统计分析与水文模型定量计算可知:年降雨量、年平均气温显著升高,年蒸发量呈下降趋势,且与湖泊面积有较好的相关性。湖泊面积与湖泊水量间相关性较高,可间接体现气象要素对湖泊水量变化的影响。2011年前卓乃湖和盐湖水量变化主要受降雨量影响,库赛湖和海丁诺尔湖水量变化主要受气温影响;2011—2014年4个湖泊水量变化主要受降雨量影响;2015—2018年4个湖泊水量变化中降雨增加量、冻土释水和地下水补给增加量、冰川融水量对湖泊扩张的贡献约为34.48%、57.66%、7.86%,气温变化成为影响湖泊水量变化的主要因素,降雨量影响次之。     

青藏高原湖泊引流疏导工程多年冻土立体监测方法

近年来,受气候暖湿化过程影响,青藏高原湖泊数量及面积增加趋势明显,发生了系列湖岸溃决事件.为防止此类水患威胁到人民生命财产安全和重大工程设施,可通过人工引流疏导工程将外溢湖水有序、可控引流至下游安全区域.然而,在多年冻土区实施引流疏导工程,势必显著改变区域多年冻土水、热状况空间分布,影响区域生态环境的同时严重破坏了水工...     

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。     

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%。     

城市人工湖动态换水水位对流速分布影响

水位和流速是人工湖维持生态的关键因子,为探究人工湖水位对流速分布的影响,基于二维水动力模型对雁鸣湖流场进行数值模拟,研究单因素水位对流速影响和实测换水水位对流速时空分布的影响。结果显示:水位是水动力影响因素之一,低水位时的湖泊流速大于高水位时期,水位变化时的平均流速介于高低水位流速之间,水位对环流影响较小。在实测换水期间,高水位时水位分布无明显差异,水深自上游至下游逐级递增;低水位时水位分布出现差异,河滩裸露,水深分布差异较大;水位变化时,湖泊上游至下游水位呈梯度变化,水深随水位变化;流速时空分布验证了单因素水位对流速的影响,并表明不同水位对流速大小及分布影响有所差异。雁鸣湖水位和流速的模拟结果表明,人工湖水位变化能改善湖泊水动力,可为人工湖水情管理提供科学参考。     

白洋淀气候变化及对生态系统的影响

根据1955年-2010年白洋淀地区气象数据及生态资料,研究了气候变化对白洋淀湿地生态系统的影响,以期为白洋淀湿地保护和可持续发展提供依据。结果表明:近56年来,白洋淀地区的气温总体呈现上升趋势,且在2007年达到最高值,而降水量、平均风速和日照时数均呈现下降趋势,其中1996年以后的降水量均低于56年的平均降水量。白洋淀地区降水量和年最高水位呈明显的正相关关系,平均气温和水域面积的变化趋势则相反。水位、水域面积的变化以及人类活动等因素影响了白洋淀水质和生物多样性以及不同土地利用类型的分配比例。     

Drying Urban lakes: A consequence of climate change,urbanization or other anthropogenic causes? An insight from northern India

Urban lakes in many places around the world are rapidly becoming vulnerable because of such factors as urbanization, climate change, anthropogenic pollutant inputs, etc. The influence of such forcing factors on lakes hydrology must be correctly recognized and addressed in order to protect them over the long term. Facing similar challenges, Sukhna Lake, an urban lake in northern India, has apparently dried up frequently in the recent past. Numerous hypotheses were subsequently proposed to isolate the possible factors affecting the lake and its water budget, including the potential impacts of land use changes, climate change, anthropogenic activities and other natural processes. Using meteorological data, lake‐catchment information and a hydrologic model, these hypotheses were comprehensively analysed. Relevant data on rainfall, wind, temperature, lake inflows, groundwater, lake physical characteristics, catchment land uses, soil texture, etc., were gathered for the analysis. A temporal trend analysis of factors relevant to these hypotheses was undertaken to identify critical drivers of hydrological changes. A sensitivity analysis also was performed, using the lake water budget, to determine and prioritize the predominant factors affecting the lake, leading to the creation of an annual lake water budget for the period from 1971 to 2013, highlighting the lake inflows and outflows. The lake annual inflow (catchment run‐off) was computed by adopting a rainfall–run‐off model based on the SCS‐curve number. Lacking any anthropogenic water withdrawals, the outflow was quantified by estimating the evaporation loss (using the FAO‐based Penman–Monteith Equation). The results of the present study  indicate that the process of siltation and the construction of check dams in the catchment, rather than urbanization and climate change, were the dominating reasons contributing to changes in the lake hydrology, and affecting the lake most in recent years.