湖庫水量季節性變化的全球與典型流域尺度遙感監測

　　湖泊與水庫（簡稱“湖庫”）是陸地水圈的重要組成，以水量收支與陸氣水交換等方式參與自然界的水循環，同時也是人類社會經濟不可或缺的水資源來源，在灌溉、維系水產、調蓄洪水等方面發揮作用。由于湖庫現有站點觀測資料的時間連續性與空間覆蓋度有限，難以在全球尺度或區域尺度對湖庫季節性水量收支及變化開展定量研究，因此借助遙感手段開展大尺度湖庫水儲量季節性變化估算及其蓄洪與削峰能力評估成為研究突破口，特別是不受云雨天氣影響的衛星雷達高度計觀測發展與高時空分辨率SAR影像的海量數據云獲取為研究提供了便利。

　　中國科學院南京地理與湖泊研究所研究員宋春橋課題組聯合美國堪薩斯州立大學、河海大學、香港大學等機構的科研人員，利用多源遙感數據首次估算了全球大中型湖庫的季節性水量變化及東亞季風區典型流域——鄱陽湖流域的所有湖庫的水儲量年內時序變化及蓄洪能力。

　　遙感估算了全球463個面積10 km2以上的湖庫（約占全球湖泊總面積的64%，占全球湖泊蓄水量的93%）季節性水量變化。研究表明：其季節性水量變幅為1390.91 ± 78.91 km3，其中自然湖泊季節性水量變化為869.44 ± 67.35 km3，水庫季節性水量變化為521.46 ± 41.11 km3。全球湖泊季節性水量變化的緯向與經向地帶性比較顯著，季節性水量變化在北半球集中在30°N  -60°N之間，在南半球集中在赤道和30°S之間。在全球范圍內對湖庫季節性水量的初步估計，極有助于理解湖庫在調節全球和區域水循環方面的季節性行為，以及陸地儲水量變化對海平面上升在年內尺度的貢獻。全球湖泊季節性水量變化較大的湖泊群集中在北美洲和非洲的流域，此類湖泊群受氣候變化和人類活動的疊加影響具有較大的季節性波動。

　　由于湖庫水儲量的季節性變化帶來的調蓄功能可使湖泊生態系統通過洪水蓄積和徑流補給實現水資源的再分配，進而減輕洪澇災害。近年來，世界各地的洪澇災害頻發。該研究介紹了一種基于高時空分辨率SAR遙感監測與湖庫庫容曲線方法量化流域尺度湖庫水量年內時序變化的方法，基于Sentinel-1 雷達衛星影像、GRACE重力衛星、SRTM數字高程模型等多源遙感數據對鄱陽湖流域水域面積1 km2以上所有湖庫的面積與水量由枯轉洪的年內時序變化進行了定量重建。以2020年7月長江中下游流域受強降雨影響，引發的百年一遇嚴重洪水事件為例，遙感觀測數據顯示，2020年汛期鄱陽湖及流域內其他湖庫的總調蓄量約為151億 m3，約占鄱陽湖流域陸地水儲量變化的45%，鄱陽湖的調蓄能力在所有湖庫中貢獻比例高達80%。

　　準確掌握典型流域湖庫的高時空分辨率動態變化，定量評估湖庫洪水調蓄和水資源調節功能，對洪水管理及水資源保護具有科學指導意義。

　　相關成果發表在Journal of Hydrology和Science of The Total Environment上，研究得到國家重點研發計劃、中科院戰略性先導科技專項等資助。

　　全球大中型湖庫的季節性水量變化遙感估算結果

　　鄱陽湖流域湖庫水量季節性變化遙感估算及其對2020年特大洪水事件的蓄洪能力評估