(資料圖片僅供參考)

近日，中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所馬榮華研究員課題組成員曹志剛博士聯(lián)合南佛羅里達(dá)大學(xué)、錫耶納大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所等科研人員，基于長(zhǎng)期以來的實(shí)測(cè)調(diào)查數(shù)據(jù)，發(fā)展了基于MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)的中國(guó)湖泊懸浮物反演算法，揭示了2002年以來中國(guó)30k㎡以上中大型湖泊的懸浮物時(shí)空變化和影響因素。研究成果以“MODIS observations reveal decrease in lake suspended particulate matter across China over the past two decades”為題，近期發(fā)表在遙感頂級(jí)期刊《Remote Sensing of Environment》上。

“懸浮物是評(píng)價(jià)水體水質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，同時(shí)也是水體營(yíng)養(yǎng)鹽及污染物的重要載體，其濃度直接影響到水體的水色、渾濁度、透明度等水體光學(xué)特性，進(jìn)而還會(huì)影響到水體中生物的生長(zhǎng)以及初級(jí)生產(chǎn)力。”曹志剛介紹，懸浮物（SPM）是湖泊光學(xué)活性物質(zhì)之一，包含了水體內(nèi)懸浮顆粒的總量（浮游藻類、泥沙等），影響了水體透明度和初級(jí)生產(chǎn)力，反映了湖泊-流域物質(zhì)循環(huán)過程，是水文、水質(zhì)及水環(huán)境關(guān)注的重要參數(shù)之一。受自然（地形地貌、湖泊形態(tài)）、氣候（降雨、風(fēng)速）和人類活動(dòng)（建壩、挖沙、養(yǎng)殖、流域土地管理）的影響，湖泊懸浮物變化較快。

記者了解到，傳統(tǒng)的懸浮泥沙濃度的測(cè)量方法是利用調(diào)查船走船的方式逐個(gè)采集離散采樣點(diǎn)的水樣并在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行成分分析來完成懸浮泥沙濃度的測(cè)量，該方法雖然獲取的數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，但是存在速度慢、周期長(zhǎng)，只能獲得少量的離散點(diǎn)數(shù)據(jù)的缺點(diǎn)，同時(shí)這種方法還會(huì)耗費(fèi)大量的人力、財(cái)力，受天氣、水面狀況等條件制約影響較大，不能滿足長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的需求。同時(shí)，雖然野外調(diào)查和衛(wèi)星遙感技術(shù)已用于湖泊懸浮物監(jiān)測(cè)，但目前，我國(guó)湖泊懸浮物的濃度是多少、空間分布如何、年月變化怎樣等問題仍不清晰。

對(duì)此，研究主要關(guān)注我國(guó)五大湖區(qū)的269個(gè)30k㎡中大型湖泊（排除了淺水鹽湖扥等光學(xué)淺水湖泊），對(duì)2002-2021年間50000多景MODIS Aqua數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，基于2007-2021年133個(gè)湖泊的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了基于支持向量回歸的SPM遙感反演模型，驗(yàn)證精度達(dá)到74%，適用于我國(guó)0.1-1000mg/L的湖泊懸浮物衛(wèi)星遙感估算。

圖1 MODIS獲取的2002-2021年中國(guó)湖泊平均SPM濃度空間格局與統(tǒng)計(jì)

模型應(yīng)用于MODIS數(shù)據(jù)獲取了懸浮物的長(zhǎng)期時(shí)空變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，中國(guó)湖泊2002-2021年平均懸浮物濃度是19.8±22.9mg/L (中值8.0mg/L)。懸浮物空間趨勢(shì)呈現(xiàn)西低東高趨勢(shì)（圖1），如青藏高原湖區(qū)平均為3.0mg/L，云貴高原湖區(qū)為9.9mg/L，蒙新湖區(qū)為17.5mg/L，東部平原湖區(qū)為25.8mg/L，東北平原與山地湖區(qū)為48.4mg/L。

懸浮物和湖泊面積有無關(guān)系？曹志剛解釋，懸浮物與湖泊面積沒有明顯關(guān)系，但和湖泊深度相關(guān)。懸浮物在淺水湖泊高（28.3mg/L），深水湖泊低（6.0mg/L），與底泥再懸浮作用有關(guān)。

圖2 2002--2021年中國(guó)湖泊SPM的年際變化趨勢(shì)分布與統(tǒng)計(jì)

“過去20年，雖然中國(guó)湖泊的懸浮物變化趨勢(shì)呈現(xiàn)時(shí)空差異，但62%的湖泊懸浮物顯著下降，這些湖泊平均每10年下降0.7mg/L?！彼榻B，其中青藏高原湖區(qū)、蒙新湖區(qū)和東北平原與山地湖區(qū)大部分湖泊懸浮物下降，而東部平原湖區(qū)和云貴高原湖區(qū)中懸浮物下降的湖泊占比小于50%，與藍(lán)藻水華的暴發(fā)有關(guān)。同時(shí)，研究結(jié)果也分析了三峽大壩對(duì)長(zhǎng)江通江湖泊懸浮物的顯著削減作用，以及采砂活動(dòng)對(duì)鄱陽(yáng)湖、洪澤湖、駱馬湖等湖泊懸浮物的增加效應(yīng)。

“總體上，不同湖區(qū)懸浮物的年際變化特征的影響因素分為氣候和人類活動(dòng)兩類；以青藏高原湖區(qū)為代表的西部湖泊的懸浮物下降主要是氣候暖濕化有關(guān)，而東部淺水湖泊則是風(fēng)速下降及流域土地優(yōu)化削減的土壤侵蝕所致?！辈苤緞傉f。

關(guān)鍵詞：