论文部分内容阅读
湖泊是重要的水资源,湖泊水位对气候与环境变化敏感。卫星测高技术为湖泊水位变化监测提供了有效手段,本文结合ENVISAT/RA-2与Cryosat-2/SIRAL雷达高度计数据,提取了中国27个主要湖泊2002-2015年的水位信息,以验证Cryosat-2/SIRAL高度计数据提取湖泊水位的能力,监测中国湖泊水位变化。具体研究内容和研究成果如下: (1)波形重跟踪方法的对比分析 本文用主波峰重心偏移法、主波峰阈值法、主波峰5-β参数法、传统重心偏移法、传统阈值法和传统5-β参数法共6种算法对Cryosat-2/SIRAL LRM1b级数据进行了波形重跟踪处理,进一步提取水位,而Cryosat-2/SIRAL GDR产品中有基于Refined CFI、UCL、Refined OCOG3种算法的数据,因此共获得9种水位结果。然后,根据实测水位,对比分析了9种算法提取不同类型湖泊(内流湖与外流湖)水位的精度。结果表明,波形重跟踪可以有效提高高度计数据提取水位的精度,对于内流湖,水位提取精度较高,均可达到0.1m左右,其中主波峰5-β参数法为最佳重跟踪算法;而对于外流湖,精度为0.2m左右,鄱阳湖与洞庭湖精度为0.9m左右,且主波峰OCOG法与主波峰阈值法表现更佳。整体上,主波峰算法优于基于全波形的传统算法。对于Cryosat-2/SIRAL GDR产品中的三种数据,基于Refined OCOG算法的数据提取湖泊水位的效果更好。 (2)基于雷达高度计数据的中国主要湖泊水位序列提取与结果验证 对于内流湖,选用主波峰5-β参数法,对于外流湖,则选用主波峰OCOG法对Cryosat-2/SIRAL LRM1b级波形数据进行重跟踪,并结合Cryosat-2/SIRAL与ENVISAT/RA-2的GDR数据,经湖泊边界提取、水位计算、水位异常值剔除、高斯滤波去噪、高程系统转换等过程,提取了中国27个主要湖泊2002-2015年的水位序列,并以青海湖和鄱阳湖为例,根据实测水位数据,对所提取的湖泊水位序列进行了精度验证。结果表明,两种水位结果间具有较好的相关性,相关系数可达到0.95,RMSE可达到0.1m,且变化趋势相一致,高度计提取的湖泊水位序列可以用于水位的变化分析。 (3)湖泊水位变化与变化原因分析 根据不同湖泊所在的湖区,用多年平均水位变化率,分析不同湖泊的年际变化趋势,利用年内水位高峰期与水位变幅来分析湖泊水位的季节变化特征,并在前人研究的基础上,探讨了自然与人为因素对湖泊水位变化的影响。结果表明,青藏高原湖区,主要为内流湖,受人为因素干扰小,水位变化主要与温度、降水、蒸散量及冻土的变化有关,季节变化规律性强,2002-2015年,大部分湖泊水位呈上升趋势且变化快,色林错年平均变化率达到了0.377m/a。蒙新湖区跨度大,湖泊水位有升有降,北疆以及天山山区的湖泊受到农业灌溉影响。东北平原与山地湖区的兴凯湖水位整体呈上升趋势(0.022m/a),这与水土流失导致泥沙淤积,使得松阿察河湖口处泄洪能力降低有关。东部平原湖区,除太湖和巢湖水位有所上升外,其他湖泊均呈现缓慢下降趋势,年内水位变幅大,水位高峰期偏早,由于受三峡工程、建立水坝闸口、围湖造田等人为因素影响明显,水位变化复杂。