澜沧江-湄公河流域典型湿地环境要素的多源遥感监测

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湿地作为地球上水陆相互作用形成的独特生态系统,是重要的国土资源,具有调节河川径流、抵御洪水、提供工农业和生活用水、改善气候、繁衍水生动植物、沟通航运、改善区域生态环境以及维护区域生态平衡等多种功能。目前,国际研究表明,淡水资源的供应随着全球气候变暖、人口的快速增长、工业化、城市化、农业发展以及大量用水的生活方式的转变而导致全球性的水资源匮乏危机,当前大概20%的人口缺乏安全的饮用水;为此,对湿地环境要素的研究是国内外学者普遍关注的热点之一。在以往的研究中,对湿地环境要素的研究多基于传统的水文监测,但其受经济发展水平、气候等其他限制条件往往集中分布在特定区域,而很多区域分布极少,加上记录数据不易获取等因素,极大的限制了研究和管理应用需求。此外,有限数量的站点观测资料,难以有效地反映湿地长时间序列变化,更难以反映空间特征。因此,对湿地水文要素的研究需要结合多源遥感数据和RS技术,进一步分析各水文要素的变化趋势。澜沧江—湄公河作为一条国际大河,其水资源的开发利用影响着多国社会经济发展,是国际研究热点区域。因此,本文以澜沧江—湄公河流域内最大的淡水湖—洞里萨湖为例,对其水文要素进行研究。本文以MOD09A1地表反射率数据、卫星测高数据、Landsat-5及Landsat-8数据、TRMM 3B42V7降雨数据为基础数据,采用单波段阈值法、MNDWI指数和增强植被指数(EVI)、地表水指数(LSWI)以及EVI与LSWI的差值(DWELL)的组合运算,卫星测高水位计算以及辐射传输方程法,分别获取了洞里萨湖的水体面积、水位、水体表面温度数据,结合湄公河委员会官网公布的实测水文数据进行部分精度检验,分析各要素的变化趋势及原因,最后结合IPCC敏感性研究分析水体面积对降雨和气温的气候变化响应。本文研究的主要内容及成果包括:(1)洞里萨湖水体面积监测基于MRT和ENVI软件,以MOD09A1地表反射率数据为数据源,采用单波段阈值法、MNDWI和组合运算法,监测洞里萨湖的水体面积。三种方法提取水体面积的结果,在数值上,单波段阈值法和组合运算法相对接近,MNDWI水体面积则普遍低于其余两种方法;在空间上,单波段阈值法和MNDWI指数未能提取面积较小的水域,而组合运算法不仅能提取较小面积的水域,对含混合像元的水体也能较好的识别,其在三种方法中提取效果最佳。洪水首先在湖泊东部(洞里萨河沿岸)及其沿南北流向的支流扩散,然后向西北部大面积扩增;水体面积最小值出现在4月至5月,最大值在9月至11月之间,多年平均水体面积为7029.59km2,干季的多年平均水体面积为5368.21km2,雨季的多年平均水体面积为9355.53km2。(2)洞里萨湖水位监测及验证卫星测高数据Jason-2和Jason-3水位监测精度较高,且数据周期性有着一致的、连续的特点,是地表水域实施长时间序列监测的重要数据源之一。洞里萨湖水位监测结果表明:洞里萨湖水位与水体面积在时间上变化一致,最低水位在4月至5月,最高水位在9月至11月;干季平均水位为4.93m,雨季平均水位为6.92m,多年平均水位为5.78m。结合Prek Kdam水文站的实测数据对卫星测高水位进行验证,两者存在显著的线性相关,相关系数达0.953,且通过了98%的显著性检验。(3)洞里萨湖地表温度反演了解洞里萨湖水体表面温度要素的变化特征。采用辐射传输方程法,依据地表温度反演原理,对洞里萨湖水体表面温度进行监测,结果表明:最低水温在26℃—27℃之间(1月或12月),最高水温在30℃—34℃之间(4月或5月),平均温度在26.5℃—31.6℃之间,该结果与Campbell等人和Burnett等人的实地考察测量结果基本相符。(4)洞里萨湖环境要素趋势分析了解湖泊各要素变化趋势,分析该变化的原因。利用线性倾向估计、滑动平均法和Mann—Kendall趋势分析法对洞里萨湖水体面积、水位以及洞里萨湖流域降雨的变化进行趋势分析。结果表明:水体面积、水位以及降雨均呈现下降趋势,但不显著。水体面积、水位和降雨的变化趋势基本一致,但每年极值的出现,水体面积和水位均比降雨迟1个月左右。结合前人研究可知,洞里萨湖支流修建堤坝、湄公河干流水电站控流以及湄公河下游地区降雨量减少均导致洞里萨湖来水量减少,而洞里萨湖地区森林砍伐严重,水土流失加重,湖泊泥沙淤积增多。上述因素综合导致了洞里萨湖水体面积减小,水位降低;再结合暹粒市2008—2018年平均气温呈上升趋势,为此,水温呈极微弱上升。(5)洞里萨湖环境要素对气候变化的敏感性湿地环境要素变化因素复杂多样,对气候变化的响应程度也不同。利用敏感性分析方法,分析洞里萨湖水体面积在不同的气温、降雨情景下的响应程度,结果表明:水体面积和降雨呈正相关关系,与气温呈负相关关系;在气温不变的情景下,水体面积变化率为15.2%左右;在降雨不变的情景下,水体面积变化幅度为17.85%。本文设定的气候变化情景中,水体面积对温度变化的敏感性程度大于降雨变化。
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