近日，中国科学院南京地理与湖泊研究所马荣华研究员课题组成员曹志刚博士联合南佛罗里达大学、锡耶纳大学、中国科学院东北地理与农业生态研究所等科研人员，基于长期以来的实测调查数据，发展了基于MODIS卫星数据的中国湖泊悬浮物反演算法，揭示了2002年以来中国30k㎡以上中大型湖泊的悬浮物时空变化和影响因素。研究成果以“MODIS observations reveal decrease in lake suspended particulate matter across China over the past two decades”为题，近期发表在遥感顶级期刊《Remote Sensing of Environment》上。
“悬浮物是评价水体水质的一个重要指标，同时也是水体营养盐及污染物的重要载体，其浓度直接影响到水体的水色、浑浊度、透明度等水体光学特性，进而还会影响到水体中生物的生长以及初级生产力。”曹志刚介绍，悬浮物（SPM）是湖泊光学活性物质之一，包含了水体内悬浮颗粒的总量（浮游藻类、泥沙等），影响了水体透明度和初级生产力，反映了湖泊-流域物质循环过程，是水文、水质及水环境关注的重要参数之一。受自然（地形地貌、湖泊形态）、气候（降雨、风速）和人类活动（建坝、挖沙、养殖、流域土地管理）的影响，湖泊悬浮物变化较快。
记者了解到，传统的悬浮泥沙浓度的测量方法是利用调查船走船的方式逐个采集离散采样点的水样并在实验室中进行成分分析来完成悬浮泥沙浓度的测量，该方法虽然获取的数据较为准确，但是存在速度慢、周期长，只能获得少量的离散点数据的缺点，同时这种方法还会耗费大量的人力、财力，受天气、水面状况等条件制约影响较大，不能满足长期监测的需求。同时，虽然野外调查和卫星遥感技术已用于湖泊悬浮物监测，但目前，我国湖泊悬浮物的浓度是多少、空间分布如何、年月变化怎样等问题仍不清晰。
对此，研究主要关注我国五大湖区的269个30k㎡中大型湖泊（排除了浅水盐湖扥等光学浅水湖泊），对2002-2021年间50000多景MODIS Aqua数据进行处理，基于2007-2021年133个湖泊的实测数据，构建了基于支持向量回归的SPM遥感反演模型，验证精度达到74%，适用于我国0.1-1000mg/L的湖泊悬浮物卫星遥感估算。
图1 MODIS获取的2002-2021年中国湖泊平均SPM浓度空间格局与统计
模型应用于MODIS数据获取了悬浮物的长期时空变化。结果发现，中国湖泊2002-2021年平均悬浮物浓度是19.8±22.9mg/L (中值8.0mg/L)。悬浮物空间趋势呈现西低东高趋势（图1），如青藏高原湖区平均为3.0mg/L，云贵高原湖区为9.9mg/L，蒙新湖区为17.5mg/L，东部平原湖区为25.8mg/L，东北平原与山地湖区为48.4mg/L。
悬浮物和湖泊面积有无关系？曹志刚解释，悬浮物与湖泊面积没有明显关系，但和湖泊深度相关。悬浮物在浅水湖泊高（28.3mg/L），深水湖泊低（6.0mg/L），与底泥再悬浮作用有关。
图2 2002--2021年中国湖泊SPM的年际变化趋势分布与统计
“过去20年，虽然中国湖泊的悬浮物变化趋势呈现时空差异，但62%的湖泊悬浮物显著下降，这些湖泊平均每10年下降0.7mg/L。”他介绍，其中青藏高原湖区、蒙新湖区和东北平原与山地湖区大部分湖泊悬浮物下降，而东部平原湖区和云贵高原湖区中悬浮物下降的湖泊占比小于50%，与蓝藻水华的暴发有关。同时，研究结果也分析了三峡大坝对长江通江湖泊悬浮物的显著削减作用，以及采砂活动对鄱阳湖、洪泽湖、骆马湖等湖泊悬浮物的增加效应。
“总体上，不同湖区悬浮物的年际变化特征的影响因素分为气候和人类活动两类；以青藏高原湖区为代表的西部湖泊的悬浮物下降主要是气候暖湿化有关，而东部浅水湖泊则是风速下降及流域土地优化削减的土壤侵蚀所致。”曹志刚说。
请输入验证码