利用多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)研究青藏高原湖泊水儲(chǔ)量變化及其影響因素

黃征凱

華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，江西 南昌 330013

青藏高原分布著地球上海拔最高、數(shù)量最多的高原湖泊群，也是我國(guó)湖泊最集中的地區(qū)，有效掌握青藏高原湖泊水儲(chǔ)量變化對(duì)于我國(guó)水資源有效利用具有重要意義。本文的研究核心是聯(lián)合多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)研究青藏高原湖泊水儲(chǔ)量變化，主要內(nèi)容包括水陸交界處波形重跟蹤算法研究、多源測(cè)高數(shù)據(jù)融合、利用測(cè)高和遙感數(shù)據(jù)計(jì)算湖泊水儲(chǔ)量變化、結(jié)合GRACE數(shù)據(jù)進(jìn)行湖泊水量平衡分析和青藏高原湖泊的氣候變化響應(yīng)研究等。本文的主要研究成果如下：

(1)針對(duì)水陸交界處“陸地污染”的問(wèn)題，提出了波形凈化技術(shù)，并利用閾值法對(duì)凈化后的波形進(jìn)行重跟蹤改正。結(jié)果顯示本文方法增加了有效數(shù)據(jù)，與大地水準(zhǔn)面和驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)比較，精度分別為15 cm和20 cm。針對(duì)內(nèi)陸湖泊的特點(diǎn)，提出改進(jìn)的波形凈化方法，以青藏高原湖泊實(shí)測(cè)水位數(shù)據(jù)評(píng)估各重跟蹤算法的精度，結(jié)果顯示凈化后的波形進(jìn)行閾值法改正的精度提高了2.5 cm，表明改進(jìn)的波形凈化技術(shù)可有效提高內(nèi)陸湖泊的測(cè)高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

(2)研究了內(nèi)陸湖泊多源測(cè)高數(shù)據(jù)的融合方法，將不同測(cè)高數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間基準(zhǔn)和坐標(biāo)基準(zhǔn)的統(tǒng)一，利用平差方法消除系統(tǒng)偏差，從而提高了測(cè)高數(shù)據(jù)精度，并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證了該方法的可行性。制定了測(cè)高數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理方案，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)陸湖泊中測(cè)高數(shù)據(jù)的批量提取，自動(dòng)生成湖泊水位時(shí)間序列，大幅提高了湖泊水位信息提取的計(jì)算效率。

(3)利用多種測(cè)高數(shù)據(jù)分析不同時(shí)段青藏高原湖泊水位變化趨勢(shì)；Topex和ERS系列測(cè)高數(shù)據(jù)顯示，93個(gè)青藏高原湖泊(1992—2017年)的平均水位上漲速率為+17.2 cm/a；綜合Icesat和Cryosat-2衛(wèi)星數(shù)據(jù)觀測(cè)到181個(gè)湖泊(2003—2017年)的平均水位上漲速率為+14.6 cm/a。在流域分布上，呈現(xiàn)北部湖泊普遍上漲、南部的雅魯藏布江流域和西部的印度河流域多為下降趨勢(shì)。綜合多種測(cè)高數(shù)據(jù)均發(fā)現(xiàn)：1997年大量湖泊的水位由下降趨勢(shì)轉(zhuǎn)為上漲趨勢(shì)，并且在2012年出現(xiàn)大量湖泊水位由上漲轉(zhuǎn)成下降。

(4)利用遙感影像分析青藏高原湖泊面積變化，并討論了聯(lián)合測(cè)高與遙感數(shù)據(jù)估計(jì)湖泊水儲(chǔ)量變化的方法，結(jié)果顯示：1992—2015年青藏高原湖泊面積以+452.45 km2/a的速率擴(kuò)張，其中的最主要貢獻(xiàn)是內(nèi)流區(qū)湖泊的急劇擴(kuò)張；在此期間，青藏高原湖泊水儲(chǔ)量變化速率為5.86 Gt/a。

(5)利用GRACE數(shù)據(jù)計(jì)算青藏高原陸地水儲(chǔ)量變化，結(jié)果顯示：陸地水儲(chǔ)量變化與湖泊水儲(chǔ)量變化規(guī)律較為一致；其中，南部的雅魯藏布江流域持續(xù)下降，北部的柴達(dá)木盆地持續(xù)增加，中間過(guò)渡區(qū)域的內(nèi)流區(qū)和黃河流域在2012年出現(xiàn)水儲(chǔ)量由升轉(zhuǎn)降的變化。結(jié)合測(cè)高和GRACE數(shù)據(jù)進(jìn)行青藏高原內(nèi)流區(qū)水儲(chǔ)量平衡分析，結(jié)果表明青藏高原內(nèi)流區(qū)湖泊水儲(chǔ)量變化的主導(dǎo)因素為凈降水量。

(6)對(duì)冰川、凍土與湖泊水量變化關(guān)系進(jìn)行定性分析的結(jié)果顯示：在2003—2009年，冰川湖泊和非冰川湖泊的水位上漲速率沒(méi)有顯著差異；在2010—2017年，冰川湖泊的水位變化速率高于非冰川湖泊；此外，所有時(shí)段凍土區(qū)湖泊的水位上漲速率均高于非凍土區(qū)湖泊的上漲速率。綜上表明：在2012年降水減少后，冰川、凍土對(duì)湖泊補(bǔ)給的貢獻(xiàn)顯著增加，一定程度上減緩了湖泊水位下降速率。聯(lián)合測(cè)高和遙感技術(shù)觀察到青藏高原北部大量湖泊出現(xiàn)水位暴漲以及卓乃湖的潰堤事件，表明利用測(cè)高技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)湖泊水位變化對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警有重要指導(dǎo)作用。