卫星遥感发现我国湖泊悬浮物近20年显著下降

作者：太湖站  更新时间：2023-08-16

悬浮物（suspended particulate matter, 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SPM变化较快。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。 

　　近期，中国科学院南京地理与湖泊研究所马荣华研究员课题组曹志刚博士，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SPM反演算法，揭示了2002年以来中国30km2以上中大型湖泊的SPM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。 

　　研究主要关注我国五大湖区的269个30km2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50,000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SPM卫星遥感估算。 

　　模型应用于MODIS数据获取了SPM的长期时空变化。结果发现，中国湖泊2002-2021年平均SPM浓度是19.8±22.9mg/L (中值8.0mg/L)。SPM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。SPM与湖泊面积没有明显关系，但和湖泊深度相关。SPM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1 MODIS获取的2002-2021年中国湖泊平均SPM浓度空间格局与统计 

　　过去20年，虽然中国湖泊的SPM变化趋势呈现时空差异（图2），但62%的湖泊SPM显著下降，这些湖泊平均每10年下降0.7mg/L。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SPM下降，而东部平原湖区和云贵高原湖区中SPM下降的湖泊占比小于50%，与蓝藻水华的暴发有关。总体上，不同湖区SPM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SPM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。同时，研究结果也分析了三峡大坝对长江通江湖泊SPM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SPM的增加效应。 

　　该论文第一作者是曹志刚博士，通讯作者是马荣华研究员，合作作者有胡传民教授、段洪涛研究员、Steven Loiselle教授、宋开山研究员等。本研究工作得到国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和研究所“十四五”青年人才托举项目等项目联合资助。全文链接为：https://doi.org/10.1016/j.rse.2023.113724 

图2 2002--2021年中国湖泊SPM的年际变化趋势分布与统计