青藏高原被称作“亚洲水塔”和“第三极”，是气候变革的敏感区和脆弱区。高原湖群是“水塔”水循环的告急构成，毗连水圈、大气圈、冰冻圈等告急圈层。在高原内陆区气候暖湿化配景下，内流区湖泊出现大规模急剧扩张，对水文过程和当地人居环境造成明显影响。遥感是现在大范围湖泊水文变革监测的重要本领，但是由于不同卫星传感器服役时段黑白不一、空间覆盖及精度限制等问题，青藏高原湖泊水量变革的不同研究效果存在时空代表性有限和量化效果不同等等问题。现在对于高原内陆湖泊时空差异性扩张的主控因子缺乏正确明确和统一的认识，特殊是冰川融水对湖泊水量均衡的贡献仍存在争议和不确定性。别的，近几十年的湖泊快速扩张对当地人居环境的影响评估是科学界、当局管理部门和公众热切关注的问题之一。
针对上述科学问题和技术困难，在中科院战略性先导科技专项、第二次青藏高原综合科学观察研究专项、国家自然科学基金委面上项目等资助下，中国科学院南京地理与湖泊研究所宋春桥研究员课题组联合河海大学、美国堪萨斯州立大学、加州大学洛杉矶分校、香港理工大学等机构的科研人员开展了一系列研究并取得希望，相关效果发表在Remote Sensing of Environment、Journal of Hydrology、Catena、Science of The Total Environment等。
激光测高卫星ICESat/ICESat-2相比传统星载雷达高度计能提供更加精确的高程观测数据，在当前湖库水位监测系统中展现了尺度和精度上的上风。基于两代激光测高卫星资料，课题组量化了青藏高原湖泊（242个，占全区湖泊面积比例~65%）在本世纪初近20年的水位与水量变革（图1）。研究效果揭示了高原231个湖泊水位呈不同程度上涨，匀称速率为0.22±0.04 m/y，其中有18个湖泊的水位上涨速率>0.5 m/yr，包罗色林错、双湖及可可西里的多个湖泊；仅有11个湖泊水位变革速率下降，匀称速率为-0.10±0.02 m/yr。在2003-2019年内观测湖泊水量变革速率约为8.21±1.21 Gt/yr，将观测湖泊水位变革速率推广到其他无观测湖泊，湖泊总水量变革速率高出11 Gt/yr。该研究极大地提高了高原湖泊水量均衡估算的空间覆盖度和时间延展度。
图1. 基于ICESat/ICESat-2的青藏高原湖泊水位与水量变革监测效果
关于高原内陆区湖泊快速扩张的机制，存在“冰川融水主导”和“降水主导”两种争议。在气候变暖趋势下冰川融水的增加曾被推测为高原湖泊扩张的重要缘故原由。然而，增长的冰川融水是否充足支撑湖泊水量云云快速的增长，在多大程度上贡献湖泊水量增长？回答这些问题成为明确青藏高原湖泊变革驱动机制和内流区水量均衡影响因素的关键点。针对这一问题，课题组联合河海大学柯灵红博士，基于多时相数字高程模子和遥感卫星影像，更新了以重要终端湖为中心的青藏高原内流区湖泊流域划分，并估算了21世纪初全流域的湖泊水量变革与冰川物质均衡及冰川-湖泊的水量变革关系（图2）。
此项研究中发展了基于数字高程模子和多时相卫星影像的湖泊水量变革估算方法，对高原内流区内所有1平方公里以上（823个）湖泊水位与水量变革进行了估算；使用干涉雷达反演的数字高程模子TanDEM-X与SRTM DEMs获取了全内流区（数据空间覆盖度98%）的冰川物质均衡。
研究效果表明在2000-2014之间内流区湖泊增长速率为9.44 ±1.43 Gt/y， 而冰川水储量丧失速率为0.44 ± 0.80 Gt yr-1，整体上冰川物质均衡对湖泊水量增加的贡献约为4.7 ± 8.8%，表明冰川水储量的镌汰量远不足以支持湖泊的水量增加。从湖泊-冰川变革的关系上来看，研究区内20%的湖泊水储量增加与冰川作用无关（湖泊所在流域内无冰川分布），28%的水量增加所对应的湖泊流域内冰川物质均衡为正或无明显变革，剩下约52%的水量增长所对应的湖泊流域内冰川出现不同程度溶解但其对湖泊水量增加的贡献低于20%。别的，团队研究还针对中国最大的内流湖泊青海湖近年来水位快速规复特性及受冰川物质均衡影响贡献和主控因子等相关问题开展研究。
图2. 21世纪初青藏高原内流区湖泊-冰川水储量变革及其关系
青藏高原湖泊群大多分布在阵势相对平坦的内流湖盆区，是藏区牧民生产生活的重要场合。21世纪初以来湖泊的快速扩张对周边人居环境的负面影响已逐渐凸显，影响了区域生态安全和可连续发展。课题组使用卫星遥感与实地无人机遥感和访谈等方式，开展湖泊扩张影响及将来变革对当地人居环境（住民点、道路和草场）的埋伏影响监测与评估（图3）。研究效果表现羌塘湖盆区已有不少草场与住民办法被淹没。在将来20年轻藏高原内流区湖泊保持现有扩张趋势景象下，预计湖泊扩张将淹没高出400个住民点、近500公里的重要路网。
淹没风险较高的道路和住民点重要位于生齿相对集中的羌塘高原东南部和青海湖流域。以昂孜错典型湖泊为例，课题组开展了该湖的扩张洪泛风险评估及邻近乡村（果扎村）的搬迁选址方案空间优化。该研究有望为青藏高原湖泊当代演变对藏区人居环境的影响和将来风险提供科学参考，并在气候变革配景下为订定缓解灾害风险的预案提供科技支撑。
图3. 青藏高原羌塘湖盆区湖泊快速扩张对人居环境影响遥感评估
论文全文链接：
基于多源测高的青藏高原湖泊水位与水量的精致化估算 (CATENA, RS)
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0341816221000369?via%3Dihub
https://www.mdpi.com/2072-4292/12/18/2986
21世纪初以来冰川物质均衡对青藏高原湖泊扩张贡献量化（RSE）
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0034425721004995?via%3Dihub
青海湖近年来水位快速规复驱动机制探讨（JoH）
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022169420313822?via%3Dihub
基于卫星与无人机遥感的青藏高原湖泊扩张洪泛淹没风险与住民点迁移选址空间优化 （STOTEN, EES）
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969721050038?via%3Dihub
https://link.springer.com/article/10.1007/s12665-021-09470-4
基于多源DEM与无人机Lidar数据的湖泊水位虚拟站重建方法 (IEEE GRSL)
https://ieeexplore.ieee.org/document/9459752 |
