亚洲中部干涸型湖泊水量的时间序列重建及变化机理研究

Some inland small lakes in Central Asia showed a trend of area shrinkage or extinct in the last decades. Quantitative analysis of lake volume changes in spatio-temporal processes will improve our understanding of regional climate change, eco-environment evolution, and it also improve the development and utilization of the water resource in arid regions. However, due to the lack of lake topography or observation data, lake volume changes and its driving factors remain unknown. In this project, stereo mapping technologies derived from ZY-3, ALOS-2 and Radarsat-2 high resolution remote sensing are used to map the high-precision 3-D lake topography and lake morphological parameters, and lake “Area-Level-Volume” curves are also generated derived from the basic hydrological principles. On the other hand, time series lake areas are mapped with multi-source and multi-temporal remote sensing images. Based on lake storage curves and time series lake areas, lake volumes in the last 50 years are reconstructed. The spatio-temporal processes of lake volume changes and their mechanisms are analyzed quantitatively with meteorologic and hydrologic data. The project aims at providing a new quantitative method of lake volume changes in arid regions, and the high-precision lake hydrological elements are reconstructed on small and medium-sized lakes through the application of stereo mapping technology in remote sensing.

亚洲中部干旱区的内陆中小湖泊近几十年来一直处于剧烈萎缩乃至消亡的状态，探索这些干涸型湖泊水量的时空变化，对认识干旱荒漠气候变化及生态过程演变、合理开发和利用水资源等具有重要的意义。然而，由于缺乏湖盆地形及观测资料，不少干涸型湖泊的历史水量及变化机理研究尚处于空白状态。本项目以亚洲中部干旱区12个近年剧烈萎缩的干涸型湖泊为研究对象，采用高分立体测图技术，选择湖泊干涸期的ZY-3、ALOS-2、Radarsat-2等遥感数据，生成精细比例尺的湖盆地形图，并提取“面积-水位-水量”库容特征曲线和湖泊形态参数。在此基础上，通过历史的多源、多时相遥感数据提取的湖泊面积及水位信息，重建50多年来湖泊水量信息，并结合气象、水文及人类活动因素分析湖泊变化的时空过程及驱动因素。项目提出一种基于遥感立体测图技术的无资料小型湖泊历史水情信息的重建方法，为干旱区中小型湖泊的水量变化研究提供了一种新的思路。

亚洲中部干旱区的内陆中小湖泊近几十年来一直处于剧烈萎缩乃至消亡的状态，探索这些干涸型湖泊水量的时空变化，对认识干旱荒漠气候变化及生态过程演变、合理开发和利用水资源等具有重要的意义。项目采用光学立体测图卫星ZY-3和密集时序的Landsat、Sentinel、GF-1、HJ1A/1B等数据，对亚洲中部干旱区典型的15个干涸型湖泊进行了湖盆地形制图、湖泊面积时序信息重建，并在此基础上，重构了近几十年以来的较为完整的湖泊水量时序，并在此基础上分析了湖泊变化的主要因素，并比较不同地区湖泊的变化模式。结果表明，近60年来，15个湖泊整体上经历了先减少后增加的变化，其中中亚地区湖泊萎缩最为显著，直到2013~2015年后上升，干旱少雨是其主要因素。而新疆主要湖泊自1987~1995年后由萎缩到扩张的变化。少量湖泊如柴窝堡湖、台特玛湖、艾比湖均受人类影响较大，呈现不同的变化模式，其时间节点与湖泊治理的具有一定的1~3年的延后性，分别于2016年、2003年和2017年显著转好。项目提出中小型湖泊水量时序重建的方法能有效地获取无资料地区的湖泊水情信息，为干旱区中小型湖泊的水量变化研究提供了一种新的思路。