联合哨兵卫星系列雷达与光学影像的洞庭湖水域面积变化高时空分辨率监测

作     者：宋利娟 景海涛 徐嘉慧 陈探 张大鹏 宋春桥 SONG Lijuan;JING Haitao;XU Jiahui;CHEN Tan;ZHANG Dapeng;SONG Chunqiao

作者机构：河南理工大学测绘与国土信息工程学院焦作454000 中国科学院南京地理与湖泊研究所流域地理学重点实验室南京210008 

出 版 物：《遥感学报》 (NATIONAL REMOTE SENSING BULLETIN)

年 卷 期：2023年第27卷第11期

页      面：2516-2529页

核心收录：

学科分类：070801[理学-固体地球物理学] 07[理学] 08[工学] 0708[理学-地球物理学] 0816[工学-测绘科学与技术] 

基　　金：国家重点研发计划(编号:2018YFD0900804,2018YFD1100101,2019YFA0607101) 国家自然科学基金(编号:41971403,41801321) 国家“人才引进项目”青年项目(编号:Y7QR011001) 中国科学院战略性先导科技专项(A类)(编号:XDA23100102) 

主　　题：遥感监测 洞庭湖 Sentinel 水域面积 时间序列 长江流域 

摘      要：洞庭湖是中国第二大淡水湖,干湿季节水体波动幅度大、频率高。卫星高频观测洞庭湖水体变化对及时、准确地监测其水文动态变化具有重要意义。本研究利用Sentinel-1和Sentinel-2影像(10 m),在兼具高时频与空间分辨率条件下重建和分析2017年—2020年洞庭湖水域面积的精细时序信息。此外,本研究拟创建一种基于湖区部分清晰影像来重建全湖水域面积的方法。该方法利用湖区某个区块面积与Sentinel-1全幅影像提取的湖泊面积构建的统计拟合关系建立经验模型,从而得到更密集的洞庭湖水域面积时间序列。拟合结果显示,每个区块的面积与总面积呈显著正相关,平均R2值为0.94。将2017年—2020年获取的119景Sentinel-1影像和38景Sentinel-2影像用于提取洞庭湖区块水体淹没范围,以重建整个湖区面积。结合Sentinel-1和Sentinel-2影像,平均每个月可获取的观测影像为6景,某些月内监测次数可达10次,时间间隔为3—6 d。此外,本研究重建的水域面积时间序列可以精确地刻画显著的季节波动和年际变化,水域面积在7月达到峰值,11—2月达到谷值。研究发现一个月内最大面积与最小面积的平均比率为1.36;地表水域最剧烈的波动发生在11月,比率为1.52。整合Sentinel-1/2影像确定,2017年—2020年洞庭湖的平均水域面积约为1147.13 km2。与基于Sentinel-1/2影像构建的洞庭湖水域面积时间序列相比,结合Landsat 8影像的水体面积时间序列能够在某些月将水体观测的时间分辨率提高,但是对于水域面积的月均值和年均值影响较小。综上,本研究联合高时空分辨率的哨兵系列雷达与光学影像发展高时频水域面积序列的精细提取方法,可为提升洞庭湖及长江中下游高动态湖泊水域遥感监测和水资源精细管理提供科技支撑。