【摘要】：青藏高原分布著地球上海拔最高、數(shù)量最多的高原湖泊群,也是我國(guó)湖泊分布最集中的地區(qū)。青藏高原是我國(guó)主要河流的發(fā)源地,該地區(qū)的湖泊對(duì)于河流的水量調(diào)節(jié)起著重要作用,有效掌握青藏高原湖泊水儲(chǔ)量變化對(duì)于我國(guó)水資源利用和可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。本文的研究核心是聯(lián)合多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)研究青藏高原湖泊水儲(chǔ)量變化,主要內(nèi)容包括水陸交界處波形重跟蹤算法研究,內(nèi)陸湖泊的多源測(cè)高數(shù)據(jù)融合和測(cè)高數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理方法研究,利用測(cè)高和遙感數(shù)據(jù)計(jì)算湖泊水儲(chǔ)量變化研究,結(jié)合GRACE觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行湖泊水量平衡分析,以及青藏高原湖泊的氣候變化響應(yīng)研究等。本文的主要研究工作和成果如下:(1)當(dāng)測(cè)高衛(wèi)星經(jīng)過水陸交界處時(shí),由于受到“陸地污染”的影響,回波波形中出現(xiàn)的異常峰值將降低重跟蹤算法的改正精度。針對(duì)水陸交界處“陸地污染”的問題,提出波形凈化技術(shù),并利用閾值法對(duì)凈化后的波形進(jìn)行重跟蹤改正。結(jié)果顯示本文提出的方法增加了有效數(shù)據(jù),分別與大地水準(zhǔn)面和驗(yàn)潮站數(shù)據(jù)比較,精度分別為15cm和20cm。針對(duì)內(nèi)陸湖泊的特點(diǎn),提出改進(jìn)的波形凈化方法,以青藏高原湖泊實(shí)測(cè)水位數(shù)據(jù)評(píng)估各重跟蹤算法的精度。計(jì)算結(jié)果顯示凈化后的波形和閾值法的組合較原始波形進(jìn)行閾值法重跟蹤改正的精度提高了 2.5cm,這表明改進(jìn)的波形凈化技術(shù)可有效提高內(nèi)陸湖泊的測(cè)高數(shù)據(jù)精度。(2)研究了內(nèi)陸湖泊多源測(cè)高數(shù)據(jù)的融合方法,將不同測(cè)高數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間基準(zhǔn)和坐標(biāo)基準(zhǔn)的統(tǒng)一,利用平差方法消除系統(tǒng)偏差,從而提高了測(cè)高數(shù)據(jù)精度,并通過實(shí)例驗(yàn)證了該方法的可行性。研究了穩(wěn)健的測(cè)高數(shù)據(jù)粗差剔除方法,最大程度獲取了干凈的湖泊水位時(shí)間序列;制定測(cè)高數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理方案,實(shí)現(xiàn)了青藏高原湖泊中測(cè)高數(shù)據(jù)的批量提取,自動(dòng)生成湖泊水位時(shí)間序列,大幅提高了湖泊水位信息提取的計(jì)算效率。(3)分別利用四種測(cè)高數(shù)據(jù)分析不同時(shí)段青藏高原湖泊水位變化趨勢(shì);Topex和ERS系列測(cè)高數(shù)據(jù)顯示,在1992-2017年期間,觀測(cè)的93個(gè)湖泊的平均水位變化趨勢(shì)為+17.2cm/yr;綜合Icesat和Cryosat-2衛(wèi)星數(shù)據(jù)觀測(cè)到181個(gè)湖泊的水位變化,結(jié)果顯示在2003-2017年期間,青藏高原湖泊水位的平均變化趨勢(shì)為+14.6cm/yr。在流域分布上,北部湖泊多為上漲趨勢(shì),南部的雅魯藏布江流域和西部的印度河流域?yàn)橄陆第厔?shì)。綜合多種測(cè)高數(shù)據(jù)均發(fā)現(xiàn)1997年大量湖泊的水位由下降轉(zhuǎn)成上漲,2012年大量湖泊水位上漲趨勢(shì)轉(zhuǎn)成下降趨勢(shì)。(4)研究了利用NDWI指數(shù)提取湖泊邊界的方法,利用遙感數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示,1992-2015年青藏高原湖泊面積以+452.45km2/yr的速率擴(kuò)張,其中內(nèi)流區(qū)湖泊的急劇增長(zhǎng)(+444.6km2/yr)是主要貢獻(xiàn),遙感數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的面積變化與測(cè)高觀測(cè)水位變化表現(xiàn)基本一致。討論了聯(lián)合測(cè)高與遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)估計(jì)湖泊水儲(chǔ)量變化的方法,計(jì)算結(jié)果顯示:1992-2015年期間,青藏高原整體水儲(chǔ)量變化為5.86Gt/yr,其中色林錯(cuò)的水儲(chǔ)量增加最快(+1.22Gt/yr),約占總增加量的21%,水儲(chǔ)量減少最快的為羊卓雍錯(cuò)(-0.11Gt/yr)。(5)利用GRACE月重力場(chǎng)模型球諧系數(shù)計(jì)算青藏高原陸地水儲(chǔ)量變化,結(jié)果顯示陸地水儲(chǔ)量變化與湖泊水儲(chǔ)量變化的區(qū)域分布較為一致。其中南部的雅魯藏布江流域?yàn)槌掷m(xù)下降,北部的柴達(dá)木盆地為持續(xù)增加,中間過渡區(qū)域的內(nèi)流區(qū)和黃河流域在2012年出現(xiàn)水儲(chǔ)量由升轉(zhuǎn)降的變化。比較湖泊水儲(chǔ)量變化與陸地水儲(chǔ)量變化,結(jié)果顯示內(nèi)流區(qū)的湖泊水量變化是陸地水儲(chǔ)量變化的主要貢獻(xiàn),該地區(qū)湖泊水儲(chǔ)量變化的主導(dǎo)因素為凈降水量。(6)由于冰川融水量無法準(zhǔn)確估計(jì),本文利用冰川系數(shù)對(duì)冰川與湖泊水量變化關(guān)系進(jìn)行定性分析。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示:2003-2009年期間,冰川湖泊和非冰川湖泊的水位上漲速率分別為20cm/yr和22cm/yr,兩者沒有顯著差異;2010-2017年期間,冰川湖泊的水位變化速率高于非冰川湖泊(分別為8cm/yr和3cm/yr)。比較凍土區(qū)和非凍土區(qū)的湖泊水位變化,結(jié)果顯示所有時(shí)段凍土區(qū)湖泊的水位上漲速率均高于非凍土區(qū)湖泊。這表明2012年降水減少后,冰川和凍土對(duì)湖泊補(bǔ)給的貢獻(xiàn)增加,一定程度上減緩了湖泊水位下降速率。提出了利用凈降水?dāng)?shù)據(jù)模擬封閉湖泊的水儲(chǔ)量變化的方法,并分離出湖泊水儲(chǔ)量變化中非降水-蒸發(fā)因素的影響。利用測(cè)高和遙感技術(shù)觀察青藏高原北部大量湖泊出現(xiàn)的水位暴漲以及卓乃湖潰堤事件,表明利用測(cè)高技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該地區(qū)湖泊水位變化對(duì)于地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)警有重要指導(dǎo)作用。分析了氣溫變化與湖泊水位變化的關(guān)系,其中水位變化與秋季氣溫變化呈正相關(guān),與冬季氣溫呈負(fù)相關(guān)。
【圖文】：

圖１－１近年來測(cè)高衛(wèi)星計(jì)劃（引自ＥＳＡ）逡逑最初測(cè)高衛(wèi)星計(jì)劃的實(shí)施是為了觀測(cè)海面地形和兩極冰蓋變化，隨著技術(shù)不逡逑斷的發(fā)展，測(cè)高數(shù)據(jù)己廣泛用于其他研究領(lǐng)域

圖２－２０ＣＯＧ重跟蹤算法示意圖（以Ｊａｓｏｎ－２波形為例）逡逑２．１．２邋Ｐ邋５參數(shù)重跟蹤算法逡逑
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P332;TP79

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2589768