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，也是我國湖泊最集中的地區(qū)，有效掌握青藏高原湖泊水儲量變化對于我國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、多源測高數(shù)據(jù)融合、利用測高和遙感數(shù)據(jù)計(jì)算湖泊水儲量變化、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)針對水陸交界處“陸地污染”的問題，提出了波形凈化技術(shù)，并利用閾值法對凈化后的波形進(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)測水位數(shù)據(jù)評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)陸湖泊的測高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

(2)研究了內(nèi)陸湖泊多源測高數(shù)據(jù)的融合方法，將不同測高數(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，從而提高了測高數(shù)據(jù)精度，并通過實(shí)例驗(yàn)證了該方法的可行性。制定了測高數(shù)據(jù)自動化處理方案，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)陸湖泊中測高數(shù)據(jù)的批量提取，自動生成湖泊水位時(shí)間序列，大幅提高了湖泊水位信息提取的計(jì)算效率。

(3)利用多種測高數(shù)據(jù)分析不同時(shí)段青藏高原湖泊水位變化趨勢；Topex和ERS系列測高數(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。綜合多種測高數(shù)據(jù)均發(fā)現(xiàn)：1997年大量湖泊的水位由下降趨勢轉(zhuǎn)為上漲趨勢，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)合測高與遙感數(shù)據(jù)估計(jì)湖泊水儲量變化的方法，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量變化，結(jié)果顯示：陸地水儲量變化與湖泊水儲量變化規(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，中間過渡區(qū)域的內(nèi)流區(qū)和黃河流域在2012年出現(xiàn)水儲量由升轉(zhuǎn)降的變化。結(jié)合測高和GRACE數(shù)據(jù)進(jìn)行青藏高原內(nèi)流區(qū)水儲量平衡分析，結(jié)果表明青藏高原內(nèi)流區(qū)湖泊水儲量變化的主導(dǎo)因素為凈降水量。

(6)對冰川、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，表明利用測高技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測湖泊水位變化對于地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警有重要指導(dǎo)作用。