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基于ESTARFM的内陆湖泊遥感动态变化监测

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国土资源遥感 2020年第3期32卷 183-190页

作者：程筱茜洪友堂陈劲松叶宝莹中国地质大学(北京)土地科学技术学院北京100083

在进行长时间湖泊水体面积遥感动态变化监测研究时,常出现数据缺失问题。利用改进型时空自适应反射率模型(enhanced spatial and temporal adaptive reference fusion model,ESTARFM)对缺失的遥感影像进行数据填补。结合MODIS数据模拟... 详细信息

在进行长时间湖泊水体面积遥感动态变化监测研究时,常出现数据缺失问题。利用改进型时空自适应反射率模型(enhanced spatial and temporal adaptive reference fusion model,ESTARFM)对缺失的遥感影像进行数据填补。结合MODIS数据模拟内蒙古红碱淖研究区2000年以后缺失的Landsat影像,在此基础上,利用水体指数法实现湖泊的面积和岸线的定量提取,从而实现了长时间湖泊水体遥感动态变化监测。结果表明:通过ESTARFM模型生成的MODIS和Landsat融合影像效果理想,有效解决了2000年以后Landsat影像缺失的问题;加入了融合影像的时序影像在进行水体动态变化监测时,更加细节地反映水体变化情况,有助于后续的分析研究;通过对红碱淖的长时间遥感动态变化监测,发现湖泊总体呈现出萎缩状态,具体可分为稳定、持续萎缩和增长3个阶段。

关键词： ESTARFM 内陆湖泊动态变化水体指数法红碱淖

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内陆湖泊湖流纹理分析及提取研究

内陆湖泊湖流纹理分析及提取研究

作者：彭文杰江西理工大学

学位级别：硕士

湖泊是大自然中的重要组成部分,维持了各地区的生态平衡并对人类生存与发展提供广泛的资源和空间,而湖流作为湖泊内重要的地理现象,其直接作用于湖内物质的交换,时刻影响着湖泊及其周边区域的生态环境和社会发展,若能掌握湖泊的流向信息... 详细信息

湖泊是大自然中的重要组成部分,维持了各地区的生态平衡并对人类生存与发展提供广泛的资源和空间,而湖流作为湖泊内重要的地理现象,其直接作用于湖内物质的交换,时刻影响着湖泊及其周边区域的生态环境和社会发展,若能掌握湖泊的流向信息,能为环境监测和水路运输提供较大的帮助。传统的现场测量法受野外复杂地形地貌限制、交通可达性较差、人力物力成本较高;水动力模拟法的模型构建和运行时间较长且时效性不足;而当前遥感监测法大部分是基于追踪剂来进行水动力的研究,缺乏对影像中湖流纹理的深入分析;对此,本文提出一种基于影像纹理提取湖流流态信息的方法。本文以鄱阳湖、洞庭湖、太湖为研究区域,结合多时相数据并通过Tamura纹理特征值和灰度共生矩阵(GLCM)对湖流纹理进行分析统计。结果显示,内陆湖泊的湖流在影像中体现出一定的视觉特性;通过计算湖流在不同分辨率影像中的Tamura特征值后发现,粗糙度、线性度与分辨率有一定的相关性,而对比度和方向度则受影像分辨率的影响较小,Landsat8较适合湖流的纹理提取;对于不同湖泊,洞庭湖和鄱阳湖的Tamura纹理特征值相似,而太湖的糙度、方向度以及线性度要低于前两者,其湖流纹理的显著性较低。其次本文再通过GLCM分析了纹理的方向性,以季度为时间单位分析不同区域的GLCM特征值变化规律,结果表明,湖流纹理具有一定的季节性特征,主要表现为水情、地形等各种环境因素的变化导致湖流纹理发生改变。结合上文中纹理分析的结果,本文通过Laws算法、LBP算法和Gabor滤波对影像纹理进行增强处理,并基于GLCM特征值分析各方法的特点,结果表明,三种方法均能在不同方面上增强影像的纹理信息,Gabor滤波可以提升能量并降低熵值;Laws算法显著提升了灰度相关性;LBP算子会提高图像的熵值。进行纹理增强后本文通过霍夫变换对湖流信息进行提取,并结合多源数据和实测流向对比上述三种方法的效果,结果显示,对于不同数据源,Gabor滤波具有较稳定的特性,Laws算法适合中分辨率的影像而LBP算法则适合高分辨率的影像。基于Landsat8影像提取的流向中,Gabor滤波、Laws、LBP提取流向的平均相对误差分别为0.0279、0.0387、0.0592,均方根误差分别为17.58°、29.64°、38.89°,可以得出,Gabor滤波纹理增强后提取的流向精度较高,其次是Laws算法,LBP算子则最低。最后通过Gabor滤波对太湖、鄱阳湖、洞庭湖的影像数据进行处理并提取其湖流流向,分析一年四季中各个湖泊的流向分布情况。结果显示,各个湖泊流向都具备一定的季节性特点,鄱阳湖和洞庭湖主要体现在因季节变更导致水位发生变化,从而影响流向,太湖流向则受季节风向的影响较大。除此之外,本文还分析不同因素作用下湖流流向的变化情况,结果显示,自然作用会对湖泊的流向产生改变,主要体现在地形和水位的变化以及水生植物上,人类活动也会极大扰乱原本湖泊的水动力状态。综上表明,针对内陆湖泊,本文方法可以较好的提取出水体的流向,具有一定的理论和使用价值。

关键词：遥感内陆湖泊纹理分析湖流流向提取

内陆湖泊颗粒态有机质（POM）浓度遥感估算研究

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内陆湖泊颗粒态有机质（POM）浓度遥感估算研究

作者：杨子谦南京师范大学

学位级别：硕士

内陆湖泊作为关乎人类生存和社会发展的重要资源,湖泊的水质状况和内部的生物地球化学循环过程多年来一直备受关注。颗粒有机物(POM)作为湖泊中有机质的重要组成部分,其组分、来源及浓度的时空变化一定程度上能反应湖泊的营养状态。开... 详细信息

内陆湖泊作为关乎人类生存和社会发展的重要资源,湖泊的水质状况和内部的生物地球化学循环过程多年来一直备受关注。颗粒有机物(POM)作为湖泊中有机质的重要组成部分,其组分、来源及浓度的时空变化一定程度上能反应湖泊的营养状态。开展内陆湖泊中POM组分和其浓度的时空分布的相关研究,有助于认识整个湖泊生态系统中的物质循环过程,并有效地服务于湖泊水环境的保护工作。本文基于太湖、巢湖和洪泽湖的野外实测数据,利用三维荧光技术结合平行因子分析法对湖泊中POM的组分及来源进行了解析,并依据解析的结果进一步探究湖泊中不同POM来源(内、外源)两类水体的光学特性及水体中各组分的差异性,而后结合两类水体的差异性,在对不同POM来源主导的水体进行分类基础上,构建了适用于哨兵3-OLCI影像的内陆湖泊POM浓度遥感估算算法,最终将该算法应用于2016至2020年间太湖、巢湖和洪泽湖的OLCI影像上,以探究三个湖泊中POM的时空分布及变化规律。本文的研究内容和得出的主要结论主要包括以下几个方面:(1)基于太湖、巢湖和洪泽湖的POM三维荧光数据,利用平行因子分析法将其分解为4个有效荧光组分,包括一种类蛋白组分C1和三种类腐殖质组分C2～C4。通过对各组分相对含量的空间分布及其与水质参数的相关性分析结果表明,内源输入是影响湖泊中POM荧光强度的主要因素,但在受人类活动影响较为显著的部分水体区域,外源输入则是水体中POM的主要来源。(2)根据荧光指数HIX的值可将内陆湖泊水体分为两类,分别表示POM的来源以外源输入为主和以内源为主的两类水体。并在此分类基础上,分别针对两类水体构建了多种相应的POM浓度反演模型,在内源主导水体类型中,精度最高的POM反演模型的MAPE值为24.49%,RMSE为0.8693 mg·L;在外源主导水体类型中。精度最高的POM反演模型的MAPE值为19.85%,RMSE为1.9355 mg·L。独立验证数据集的精度验证结果显示,基于水体分类条件下的POM反演算法与已有的其他几种算法相比,前者具有较高的反演精度。(3)将本文提出的两步反演算法应用于2016至2020年间太湖、巢湖和洪泽的OLCI影像上,得到了三个湖泊中POM浓度的月均值与年均值的时空变化结果。具体表现为在空间上,太湖西北部的沿岸水体、巢湖的西部湖区水体以及洪泽湖西北部中的POM浓度相对较高。而在时间上,三个湖泊中的POM月平均浓度在全年均表现为先上升后下降的趋势,太湖中POM的年平均浓度在5年间逐渐下降,而巢湖和洪泽湖中POM的年平均浓度则呈上升趋势。

关键词：内陆湖泊 POM浓度三维荧光遥感估算 OLCI

1976-2009年青藏高原内陆湖泊变化的时空格局与过程

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干旱区研究 2013年第4期30卷 571-581页

作者：李均力盛永伟中国科学院新疆生态与地理研究所新疆乌鲁木齐830011 Department of Geography Universityof CaliforniaLos Angeles(UCLA)Los AngelesCA 90095

为了揭示近几十年来气候变化条件下青藏高原内陆现代湖泊的时空变化规律,在1976年、1990年、2000年和2009年4个时段青藏高原内陆湖泊变化制图结果的基础上,重点分析流域内湖泊变化的时间过程和流域间湖泊变化的空间模式,并从气候要素变... 详细信息

为了揭示近几十年来气候变化条件下青藏高原内陆现代湖泊的时空变化规律,在1976年、1990年、2000年和2009年4个时段青藏高原内陆湖泊变化制图结果的基础上,重点分析流域内湖泊变化的时间过程和流域间湖泊变化的空间模式,并从气候要素变化、流域水源补给等方面探讨影响内陆湖泊变化的主要因素。结果表明:流域内湖泊总面积1970—1990年萎缩、1990—2009年扩张,1976—2009年呈现扩张的变化趋势,年均降水量和年均气温的变化趋势较好地解释了湖泊由萎缩到扩张的变化状况。从湖泊变化的空间格局来看,不同地域、不同流域的湖泊面积变化模式及其剧烈程度与流域内的水源补给方式有关,以雪冰融水补给的流域内湖泊总面积变化的剧烈程度远不及以冻融水补给为主的流域。因此,区域气候的变化是近几十年来高原内陆湖泊整体显著萎缩或扩张的主要原因,而流域水源补给的方式诠释了湖泊变化的区域差异。

关键词：内陆湖泊湖泊面积时空变化内陆流域气候变化气温降水青藏高原

1975-2007年中亚干旱区内陆湖泊面积变化遥感分析

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湖泊科学 2011年第1期23卷 80-88页

作者：白洁陈曦李均力杨辽中国科学院新疆生态与地理研究所乌鲁木齐830011

中亚干旱区内陆湖泊的湖面变化反映了气候波动和人类活动对流域水文过程的影响.本文以中亚干旱区平原区尾闾湖泊、吞吐湖泊和高山湖泊三类典型内陆湖泊为研究对象,利用1975-2007年Landsat遥感影像,基于归一化水体指数提取湖泊水域边界信... 详细信息

中亚干旱区内陆湖泊的湖面变化反映了气候波动和人类活动对流域水文过程的影响.本文以中亚干旱区平原区尾闾湖泊、吞吐湖泊和高山湖泊三类典型内陆湖泊为研究对象,利用1975-2007年Landsat遥感影像,基于归一化水体指数提取湖泊水域边界信息,分析近30年来内陆湖泊湖面变化特征.结果表明,近30年来,研究区内有超过一半的内陆湖泊急剧萎缩,湖泊总面积从1975年的91402.06km2减小到2007年的46049.23km2,减小了49.62%.其中,平原区尾闾湖泊面积减小最为显著;吞吐湖泊主要受出口河流水资源利用方式不同,湖面变化较为复杂,既有扩张也有萎缩;高山湖泊主要受气候波动影响,水面变化相对稳定.在中亚区域气候变暖的背景下,不同类型湖泊面积的变化也反映出干旱区人类活动对区域水资源时空分配的影响.

关键词：中亚干旱区内陆湖泊湖面变化气候波动人类活动

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近百年来亚洲中部内陆湖泊演变及其原因分析

湖泊科学 1999年第1期11卷 11-19页

作者：秦伯强中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210008

本文对亚洲中部地区内陆湖泊近百年来的变化及其变化的原因，特别是气候因素进行了考察与分析。位于我国内蒙古东部及蒙古高原北部的湖泊，近百年来其变化以水位上涨与面积扩张为主，产生这种湖泊水位上升的原因与该地区降水增加有关．... 详细信息

本文对亚洲中部地区内陆湖泊近百年来的变化及其变化的原因，特别是气候因素进行了考察与分析。位于我国内蒙古东部及蒙古高原北部的湖泊，近百年来其变化以水位上涨与面积扩张为主，产生这种湖泊水位上升的原因与该地区降水增加有关．此外，气温升高使冻土与地下冰融化，亦间接地增加了径流产出率，导致河川径流增加．该地区降水的增加同整个北半球高纬度地区降水增加相一致．位于亚洲内陆区西部的里海．自７０年代末以来出现水位上升，亦与其集水区域内气候转湿润有关；位于中亚山区及平原的湖泊均以下降为主要特征．导致湖泊水位下降的原因中，有的是由于人类活动影响．有的是气候干旱所致，或二者兼而有之．中亚地区气温有升高的趋势，但降水减少，反过来又促使人类引水拦蓄等活动加剧．造成径流进一步减少，加速湖泊水位下降与面积收缩．

关键词：亚洲中部内陆湖泊气候变化人类活动湖泊演变

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干旱区内陆湖泊水盐变化和生态需水量研究

人民黄河 2007年第5期29卷 13-15页

作者：杨泽元胡安焱长安大学环境科学与工程学院陕西西安710054

根据所建立的水量平衡方程和盐量平衡方程,研究了内陆湖泊多年水盐演变,重点分析了源流气候变化对湖泊的影响。研究表明,长期的水盐不均衡使湖泊水量和盐量发生变化,其中气候变化是水盐不均衡的主要原因,人类活动对湖泊也有强烈的干扰... 详细信息

根据所建立的水量平衡方程和盐量平衡方程,研究了内陆湖泊多年水盐演变,重点分析了源流气候变化对湖泊的影响。研究表明,长期的水盐不均衡使湖泊水量和盐量发生变化,其中气候变化是水盐不均衡的主要原因,人类活动对湖泊也有强烈的干扰作用。针对干旱区的特点,探讨了内陆湖泊生态需水量的计算方法,以维持湖泊面积长期相对稳定并与社会经济协调发展为目标,计算出博斯腾湖的生态需水量为8.93亿m3,艾比湖的生态需水量为5.03亿m3,乌伦古湖的生态需水量为7.82亿m3。

关键词：内陆湖泊水量平衡盐量平衡生态需水量干旱区

内陆湖泊贝壳碳酸盐碳氧同位素组成与古气候研究

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成都地质学院学报 1990年第3期17卷 83-92页

作者：赵永胜赵霞飞成都地质学院石油地质勘查系

通过对江川湖盆沉积物中螺壳化石样品的处理和分析,测定了贝壳碳酸盐的δ^(13)C值和δ^(18)O值。结合孢粉资料,研究贝壳碳酸盐碳氧同位素分布及变化,对江川湖盆的古气候及盆地演化提供有用的信息。

关键词：古气候碳氧同位素碳酸盐贝壳内陆湖泊

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内陆湖泊主题游

汽车工程学报 2009年第5期 104-107页

作者：扬春林

中国是一个湖泊旅游资源大国,总数量有11万座湖泊,其中天然湖泊有24000多个,人工湖泊有86000多个。按照地理区位又可以分为五大湖区,包括东部平原湖区、青藏高原湖区、蒙新高原湖区、云贵高原湖区和东北湖区。中国的湖泊,自古以来一直... 详细信息

中国是一个湖泊旅游资源大国,总数量有11万座湖泊,其中天然湖泊有24000多个,人工湖泊有86000多个。按照地理区位又可以分为五大湖区,包括东部平原湖区、青藏高原湖区、蒙新高原湖区、云贵高原湖区和东北湖区。中国的湖泊,自古以来一直以其静谧轻灵,宽阔秀朗等特点深受游人喜爱,每位游客心中,无不希翼能有一片属于自己的湖光山色,隐于其中,修身养性或繁衍生息。

关键词：橡皮山内陆湖泊湖区泸沽湖山垭口千岛湖天池湖水乌梁素海国道国家干线公路等级公路游人草场帐篷宾馆旅馆服务设施鸟岛青海高原青藏高原沙湖德令哈