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卫星遥感与湖泊研究
【发布时间:2009-10-10 】 【 】【打印】【关闭

   当今新兴的空间技术──卫星遥感技术是探测湖泊、海洋的先进手段。不论是分布在人迹罕至的火口湖,或是岩溶地区的岩溶湖,还是冰天雪地中的冰川湖,乃至渺无人烟浩瀚戈壁沙漠的风成湖……,在遥感卫星的观察下,任何湖泊,都原形毕露。
  
湖泊等水体的遥感,主要是通过遥感器探测纪录水的光谱特征得以表征。因此,水体的影像特征与水的光谱特性紧密相关。湖泊水体在可见光范围内,其影像色调与水体的悬浮物微粒数量、粒径大小、及混浊度有关。当水体较清澈时,对短波的散射能力强,水体影像呈现蓝色;水体混浊时,影像呈现绿色或黄绿色,这就是人们以遥感图像解译湖泊的重要标志之一。
  
资源卫星可以探测地球上各种湖泊,不仅能捕捉到世界屋脊上的湖泊,而且还能准确无误地追踪湖泊游移的行迹,乃至湖泊消亡的痕迹。
(1) 湖泊水体演变的遥感研究
  
资源卫星图像是湖泊遥感调查分析的依据。在闻名于世的青藏高原上,镶嵌着形式、大小各异的湖泊。它们当中有些能涉足而登,亲临其境进行考察,还有不少的是可望而不可及的,只能利用卫星影像作分析研究。
  
资源卫星图像上,有不同色调、大小形状的图斑。就湖泊水体来说,其波谱特性和背景地物的光谱特性有明显的差异:在可见光范围,湖泊水体的反射率与其背景地物类型的发射率相差不大;可是在红外波谱段,水体与背景地物反射率有明显的差别,因为湖泊水体对红外辐射,几乎全部吸收,使湖泊水体相对于其背景地物有显著的色调区别。因此,湖泊水体在陆地卫星图像的MSS7波段(0.7-1.1微米)有很好显示,地学工作者通常采用此波段图像进行室内的湖泊位置、形状、大小和水文等特征的分析。
  
对不同时期湖泊水位的变化,也可采用不同波段,如用陆地卫星MSS4MSS5MSS7合成的标准假彩色图像中的蓝色、深蓝色等不同层次的颜色得以区别。从而可用作分析湖泊水位变化的地理规律。
  
水体与背景地物的影像特征区别,不仅能反映出湖泊的形态特征,而且可揭示其成因,结构等特点。同时,可用以分析湖泊的演变。
  
70年代后期干涸消亡的罗布泊为例,它的消失过程在陆地卫星假彩色图像上,得到了清晰地显示:灰白色的影像是原湖体的分布轮廓,其中的不同色调,表明原湖底地貌的地势特征。图像中罗布泊北部,呈深暗棕色部分是湖体后期消亡过程的遗迹,湖泊中部深浅暗棕色交叉的条带曲形影像,反映出湖泊退缩形成的地貌特征。当然,对于湖体成因及其结构研究,单纯依照卫星影像色调、形状等标志是不够的,还应运用地学、生物学原理,进行多元信息的综合分析,有条件的地方应结合实地样品,作定量研究。从罗布泊影像色调、形状等特征分析认为,它是由北向南而游移的。目前的干湖区即最后的消亡区,处于原罗布泊的中部。可见,卫星遥感是人们追踪游移湖泊,判断湖泊演变的一种有效方法。
  
在丰富多彩的卫星影像上,湖泊、水库等水体,一般呈现深色调,在黑白片上呈现黑色,在彩红外图像上,呈深蓝色或者墨绿色。这些深浅不同的色调,往往与湖泊、水库的蓄水深度有关,一般来说水深色浓,水浅色淡。另外,湖泊、水库图形与其所处的地形特征有关。比如,波光粼粼、水清如玉的洱海,其外形受断陷构造影像,酷似人耳,古人命名为洱海。它与白雪皑皑的苍山相互辉映,被誉为玉洱银苍。这种惟妙惟肖的景观,在资源卫星影像上一览无遗,又如冀东地区的人工湖--潘家口水库犹如一跳水龙,蜿蜒而下,这是因弯曲峡谷地形所致。
  
诚然,资源卫星由于观察高度大,不少景物,因受遥感器分辨力等的限制,在影像上不可能将地球表面的所有地物一一显示出来,这正是卫星图像宏观性的特点。
(2 )湖区洪、涝、淤等灾害的分析
  
实践表明,资源卫星图像除用作湖泊水体分布与变迁等动态变化研究外,还可以有效地分析湖区洪、涝、淤等灾害。
   1991
年太湖地区灾难性的洪涝水情,给灾区人民造成很大损失。资源卫星在这抗灾斗争中,密切的探视着洪涝险情,为战胜这场天灾立下了不可磨灭的功劳。从全流域来说,除常州、无锡一些县市外,降雨量没有1954年大,不少地方的降雨量还不及其一半,但这场洪水造成的危害却令人震惊。
  
造成这场洪水灾害过大一个重要原因,是太湖流域蓄洪泄洪功能下降。其中因某些不合理工程造成的"故障"等现象在资源卫星图像上早有显露,告诫了太湖区域"肠梗阻"严重,但这一忠告,没能引起有关部门足够的警惕,于是加重了这场洪涝灾害。太湖流域遭受洪涝灾害期间,资源卫星、气象卫星和侧视雷达等先进监测手段充分发挥了作用,利用它们拍摄的图像,判读出湖区受灾范围、淹没区,在短短的半个月内,就向中央有关部门提供了太湖流域洪涝分布图,同时通过计算机处理获取了受灾面积,估算洪涝灾害损失,为国家提供了抗灾救灾的决策依据,充分展示了卫星遥感宏观、实时、客观监测湖泊洼区洪涝灾害的重要作用。
(3) 高原荒漠湖泊水文特性调查

   在茫茫高原,人迹罕至的荒漠区,分布有无数的湖泊,对其水文特性更难以涉足研究,因此知之甚少。随着遥感技术的应用,资源、气象卫星等探测到的各种遥感信息,为揭示湖泊奥秘,创造了条件。

   高原湖泊特性各异,有的湖水甘甜可口,有的水质咸苦不能饮用。冬季,不少湖泊结冰封冻,也有些湖泊在冰雪中湖水依然波光粼粼。即使相距绵连的姐妹湖,也会是一个冰面如镜,另一个碧波荡漾。这些信息都能被遥感卫星所监测。
  
研究表明,高原湖泊冬季结冰与否,除了气候因素以外,与湖水矿化度有重要关系。藏北高原内流区的湖泊一般属于咸水湖,乃至盐湖。它们在影像上的色调也各有所异,例如,玛尔果茶卡湖,黑白卫星像片上,湖面盐结晶板的部分呈灰白色;矿化度呈饱和状态的湖水面,呈深黑色,这类湖泊,多是矿物湖,其矿化度均处于20/升以上,最高的可达400/升,通过分析其色调深浅与所处地形部位的相关研究可得出不同湖泊的水文特性。
  
高原咸水湖在-16-21时才结冰,矿化度大于35/升的盐湖,冬季往往不结冰。根据这一特点,可以从冬季图像上分析湖泊的矿化度,不结冰的湖泊矿化度至少为35/升,结冰的湖泊,矿化度则较低。另外,若湖泊有丰富雪水补给,矿化度自然较低,易结冰。例如位于高原海拔5158米处的布若错,因有雪山溶水补给,湖水矿化度变小,冬季就结冰。可见,利用卫星图像对湖泊水文特征分析是可行的,是一经济有效的技术途径。
(4) 湖泊信息系统的建立与应用
  
利用资源卫星图像,进行湖泊、水库的分析之图,可以建立湖泊信息系统,这是湖泊遥感多元分析的新途径,也是湖泊数据更新的重要保证,具有多方面的应用功能。
  
湖泊水库等地理分布调查,不论高山高寒地区,或是浩瀚无际的沙漠地带以及人烟稀少的边境区域,都能通过卫星像片的地学分析,标出湖泊等水体的位置、形状、大小等基本特征。有目的地建立湖泊数据库,为水资源调查,开创新技术途径。
  
湖泊水化学成分、矿化度、水质、水温等,都能从卫星影像特征中进行定性研究,同时也可结合地面有关调查数据作定量分析,还可对地图上湖泊、水库、沼泽洼地等水文要素作更新修正。它们在湖泊信息系统的支持下,利用资源卫星像片修编地图是一条多、快、好、省的途径。这对地物变化快的要素,如湖泊的退缩消长,水库的兴修扩建等图面订正补充,都有很好的效果。
  
卫星遥感图像具有其周期性、宏观性和现势性特点,因此,运用遥感技术进行湖泊、水库等调查制图,有着快速、实时性的优势。所以,开展湖泊地理信息系统的研制,实时监测湖泊水体,具有广阔的应用前景。
  
资源卫星对湖泊资源的保护和开发利用,能发挥独特的作用。湖泊是一个多功能的资源库,人们不断地开发索取,其结果引起湖泊生态环境的变化,乃至恶化。而资源卫星获取的像片,能不时地将湖区被围垦,湖面缩小,直至湖泊生态系统的破坏等信息传递给人们,进而可引起有关部门的重视,采取措施积极保护湖泊资源。
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年代后期以来,中国科学院南京地理与湖泊研究所开展了一系列湖泊数据库--湖泊信息系统的研究,积累了丰富的湖泊信息。

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