水利系龙笛团队研制高时间分辨率青藏高原湖泊水位与水量变化数据集 提供遥感监测湖泊溢流风险解决方案
2019-10-30

10月28日,350vip葡京集团水利水电工程系龙笛副教授团队在地学领域顶级期刊《地球系统科学数据》(Earth System Science Data)上发表了题为“基于多源测高卫星数据和陆地卫星岸线观测的高时间分辨率青藏高原湖泊2000至2017年水位及水量变化数据集”(High-temporal-resolution water level and storage change data sets for lakes on the Tibetan Plateau during 2000–2017 using multiple altimetric missions and Landsat-derived lake shoreline positions),系350vip葡京集团师生首次以第一作者身份在该刊物发表论文,该期刊影响因子为10.951。


       青藏高原是我国湖泊分布最广泛的地区,近年来受气候变化影响,青藏高原湖泊面积普遍呈扩张状态。作为区域陆地与大气间水量和能量交换的重要源汇项,湖泊水位及水量变化信息对于水文、气象、气候变化等研究有重要的科学意义。另一方面,湖泊扩张对周边的基础设施、农田牧场都会造成威胁——位于可可西里地区的盐湖距离下游的铁路沿线仅十公里,日益扩张的盐湖存在溢流洪水的危险,本研究在严重缺乏地面观测、气候地形和环境极其复杂的青藏高原地区提供的多源卫星遥感湖泊水位水量数据集,对有效监测这些有溢流风险的湖泊具有重要的实践价值。


该研究在运用传统测高雷达/激光雷达卫星数据基础上,探索了光学卫星影像用于湖泊水位、水量监测的新途径——借助谷歌地球引擎(Google Earth Engine)识别光学遥感影像中湖泊的岸线变化,并将其转换为湖泊水位变化信息,再结合湖泊面积转化为水量变化信息,从而将缺乏测高卫星数据的大、中型湖泊水位、水量变化数据的时间分辨率由年尺度、季尺度提升到月或旬尺度。对于已有测高卫星数据的湖泊,该研究利用光学遥感获得水位信息对不同来源测高数据的误差进行了分析,指出了同类研究中普遍存在的系统性偏差。该研究还为遥感监测湖泊扩张和溢流洪水提供了解决方案。为了验证光学遥感水位信息的准确性,团队师生多次前往青藏高原开展野外湖泊实验,并结合国产卫星高分二号的影像对所研制的数据集进行不确定性分析,实验和理论分析结果均表明光学遥感水位信息精度在0.1~0.2米,与测高卫星的精度相当。



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青藏高原湖泊水量变化空间分布图

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运用高分二号遥感影像对光学水位信息进行不确定性分析


本文的第一作者是水利系博士生李兴东,通讯作者和第二作者是水利系龙笛副教授,合作作者包括龙笛副教授团队的博士生黄琦、博士生韩鹏飞和硕士生赵凡玉,以及国际应用系统分析研究所(IIASA)的荣田佳秀(Yoshihide Wada)教授。该研究得到基金委重点、优青、十三五重点研发计划课题等项目共同资助。


文献链接:

https://www.earth-syst-sci-data.net/11/1603/2019/



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