【摘 要】
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青藏高原是全球气候变化敏感区,高原湖泊群是对气候变化响应最敏感的因子之一。受限于青藏高原特殊的地理位置和严酷的气候环境,大多数湖泊未设立监测站点。卫星遥感技术的迅速发展,为该地区湖泊大范围、长时序的监测带来了新的方向。本文基于ICESat、Cryosat-2、Sentienl-3A/B和ICESat-2四种星载高度计数据和Landsat系列遥感影像等辅助数据,开展了多源星载高度计的湖泊水位提取工作
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青藏高原是全球气候变化敏感区,高原湖泊群是对气候变化响应最敏感的因子之一。受限于青藏高原特殊的地理位置和严酷的气候环境,大多数湖泊未设立监测站点。卫星遥感技术的迅速发展,为该地区湖泊大范围、长时序的监测带来了新的方向。本文基于ICESat、Cryosat-2、Sentienl-3A/B和ICESat-2四种星载高度计数据和Landsat系列遥感影像等辅助数据,开展了多源星载高度计的湖泊水位提取工作和精度评价工作,据此构建了青藏高原面积大于50 km2的161个湖泊2003-2020年水位序列,并结合实测验证数据对水位序列进行了一致性评价。本研究采用多源星载高度计开展水位的提取和评价,不同高度计观测模式和搭载的观测设备不同,湖泊水位提取的方式不同。针对ICESat/GLAH、Cryosat-2/SARIn和ICESat-2/ATLAS星载高度计GDR数据根据星载高度计提取水位原理直接计算湖泊水位,而针对Cryosat-2/LRM和Sentinel-3/SAR星载高度计L1b波形数据基于波形重跟踪算法提取湖泊水位。利用星载高度计GDR数据产品反演青藏高原湖泊水位,并结合有实测数据的湖泊开展水位反演的精度评价工作。基于4种星载高度计GDR数据产品直接计算的7种水位（Cryosat-2（4种）,ICESat、Sentinel-3和ICESat-2（各1种））,结合实测水位数据评价多源星载高度计水位反演的数据质量。研究结果表明:激光测高模式下的ICESat-2 ATL13星载高度计数据精度最高;其次是Sentinel-3/SIRAL和Cryosat-2/SARIn星载高度计数据精度更高;ICESat/GLAH星载高度计数据精度较差,但仍满足构建湖泊水位序列的要求。开展Cryosat-2/LRM和Sentinel-3/SAR L1b波形重跟踪对比分析。基于Cryosat-2 LRM和Sentinel-3波形数据进行重跟踪计算,包括重心偏移法（OCOG）、阈值法（TR）、ICE-1算法、狭窄主波峰重心偏移法（NPPR-COG）和狭窄主波峰阈值法（NPPR-TR）（阈值水平30%、50%、80%）共7种波形重跟踪算法,两种星载高度计共获得14种水位结果,结合Cryosat-2和Sentinel-3星载高度计GDR数据产品本身分别有4种和1种算法,共计获取青海湖19种、格仁错8种水位结果进行精度评价分析。研究结果显示:Sentinel-3星载高度计以NPPR-TR80%阈值为最优重跟踪算法;Cryosat-2 LRM星载高度计以NPPR-TR 30%阈值为最优重跟踪算法。构建青藏高原面积大于50 km2湖泊水位时间序列及精度验证。基于多源星载高度计湖泊水位的评价结果,建立了青藏高原湖泊水位序列构建规则,ICESat-1/2和Cryosat-2/SARIn星载高度计GDR数据直接提取水位,Cryosat-2/LRM和Sentinel-3A/B星载高度计依据精度评价结果选择最优波形重跟踪算法提取水位。将4种星载高度计提取水位分别统一到WGS84椭球体、EGM 2008水准面,构建青藏高原面积大于50 km2的161个湖泊2003-2020年的水位时间序列,并对序列进行精度验证,发现除多格错仁强错和明镜湖外,参与验证湖泊水位与其他高精度水位数据产品皮尔逊相关系数CC＞0.7,均方根误差RMSE＜0.8 m,表明本文构建的青藏高原湖泊水位序列精度较高。基于构建的青藏高原湖泊水位时间序列,结合M-K趋势分析法分析了青藏高原161个湖泊水位时空变化。结果显示:2003-2020年间,青藏高原有118个（73.3%）湖泊水位处于上升趋势,其中87个（54%）湖泊显著上升;有43个（26.7%）湖泊水位处于下降趋势,其中26个（16.1%）湖泊显著下降。青藏高原水位呈现上升趋势的湖泊主要分布在藏中内流区北部和青藏高原东北部,呈现下降趋势的湖泊主要集中分布在雅鲁藏布江流域、藏中内流区南部和印度河流域。分析青藏高原典型湖泊水位-面积变化,结果表明两个典型湖泊水位-面积变化相关性较高,青海湖水位-面积变化R2=0.94,玛旁雍措水位-面积变化R2=0.67,但变化趋势一致。结合气象站点数据,通过降水差积、相关性分析及M-K突变检验等方法分析气候变化对不同类型湖泊的影响关系,结果发现影响内流湖变化的主要因子是降水,其次是气温;对外流湖而言,降水和气温对湖泊变化影响都较小。
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