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                      衛星遙感與湖泊研究

                          當今新興的空間技術──衛星遙感技術是探測湖泊、海洋的先進手段。不論是分布在人跡罕至的火口湖,或是巖溶地區的巖溶湖,還是冰天雪地中的冰川湖,乃至渺無人煙浩瀚戈壁沙漠的風成湖……,在遙感衛星的觀察下,任何湖泊,都原形畢露。

                          湖泊等水體的遙感,主要是通過遙感器探測紀錄水的光譜特征得以表征。因此,水體的影像特征與水的光譜特性緊密相關。湖泊水體在可見光范圍內,其影像色調與水體的懸浮物微粒數量、粒徑大小、及混濁度有關。當水體較清澈時,對短波的散射能力強,水體影像呈現藍色;水體混濁時,影像呈現綠色或黃綠色,這就是人們以遙感圖像解譯湖泊的重要標志之一。

                          資源衛星可以探測地球上各種湖泊,不僅能捕捉到“世界屋脊”上的湖泊,而且還能準確無誤地追蹤湖泊游移的行跡,乃至湖泊消亡的痕跡。

                      (1) 湖泊水體演變的遙感研究

                          資源衛星圖像是湖泊遙感調查分析的依據。在聞名于世的青藏高原上,鑲嵌著形式、大小各異的湖泊。它們當中有些能涉足而登,親臨其境進行考察,還有不少的是可望而不可及的,只能利用衛星影像作分析研究。

                          資源衛星圖像上,有不同色調、大小形狀的圖斑。就湖泊水體來說,其波譜特性和背景地物的光譜特性有明顯的差異:在可見光范圍,湖泊水體的反射率與其背景地物類型的發射率相差不大;可是在紅外波譜段,水體與背景地物反射率有明顯的差別,因為湖泊水體對紅外輻射,幾乎全部吸收,使湖泊水體相對于其背景地物有顯著的色調區別。因此,湖泊水體在陸地衛星圖像的MSS7波段(0.7-1.1微米)有很好顯示,地學工作者通常采用此波段圖像進行室內的湖泊位置、形狀、大小和水文等特征的分析。

                          對不同時期湖泊水位的變化,也可采用不同波段,如用陸地衛星MSS4,MSS5,MSS7合成的標準假彩色圖像中的藍色、深藍色等不同層次的顏色得以區別。從而可用作分析湖泊水位變化的地理規律。

                          水體與背景地物的影像特征區別,不僅能反映出湖泊的形態特征,而且可揭示其成因,結構等特點。同時,可用以分析湖泊的演變。

                          以70年代后期干涸消亡的羅布泊為例,它的消失過程在陸地衛星假彩色圖像上,得到了清晰地顯示:灰白色的影像是原湖體的分布輪廓,其中的不同色調,表明原湖底地貌的地勢特征。圖像中羅布泊北部,呈深暗棕色部分是湖體后期消亡過程的遺跡,湖泊中部深淺暗棕色交叉的條帶曲形影像,反映出湖泊退縮形成的地貌特征。當然,對于湖體成因及其結構研究,單純依照衛星影像色調、形狀等標志是不夠的,還應運用地學、生物學原理,進行多元信息的綜合分析,有條件的地方應結合實地樣品,作定量研究。從羅布泊影像色調、形狀等特征分析認為,它是由北向南而游移的。目前的干湖區即最后的消亡區,處于原羅布泊的中部?梢,衛星遙感是人們追蹤游移湖泊,判斷湖泊演變的一種有效方法。

                          在豐富多彩的衛星影像上,湖泊、水庫等水體,一般呈現深色調,在黑白片上呈現黑色,在彩紅外圖像上,呈深藍色或者墨綠色。這些深淺不同的色調,往往與湖泊、水庫的蓄水深度有關,一般來說水深色濃,水淺色淡。另外,湖泊、水庫圖形與其所處的地形特征有關。比如,波光粼粼、水清如玉的洱海,其外形受斷陷構造影像,酷似人耳,古人命名為洱海。它與白雪皚皚的蒼山相互輝映,被譽為“玉洱銀蒼”。這種惟妙惟肖的景觀,在資源衛星影像上一覽無遺,又如冀東地區的人工湖--潘家口水庫猶如一跳水龍,蜿蜒而下,這是因彎曲峽谷地形所致。

                          誠然,資源衛星由于觀察高度大,不少景物,因受遙感器分辨力等的限制,在影像上不可能將地球表面的所有地物一一顯示出來,這正是衛星圖像宏觀性的特點。

                      (2 )湖區洪、澇、淤等災害的分析

                          實踐表明,資源衛星圖像除用作湖泊水體分布與變遷等動態變化研究外,還可以有效地分析湖區洪、澇、淤等災害。

                          1991年太湖地區災難性的洪澇水情,給災區人民造成很大損失。資源衛星在這抗災斗爭中,密切的探視著洪澇險情,為戰勝這場天災立下了不可磨滅的功勞。從全流域來說,除常州、無錫一些縣市外,降雨量沒有1954年大,不少地方的降雨量還不及其一半,但這場洪水造成的危害卻令人震驚。

                          造成這場洪水災害過大一個重要原因,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"等現象在資源衛星圖像上早有顯露,告誡了太湖區域"腸梗阻"嚴重,但這一忠告,沒能引起有關部門足夠的警惕,于是加重了這場洪澇災害。太湖流域遭受洪澇災害期間,資源衛星、氣象衛星和側視雷達等先進監測手段充分發揮了作用,利用它們拍攝的圖像,判讀出湖區受災范圍、淹沒區,在短短的半個月內,就向中央有關部門提供了太湖流域洪澇分布圖,同時通過計算機處理獲取了受災面積,估算洪澇災害損失,為國家提供了抗災救災的決策依據,充分展示了衛星遙感宏觀、實時、客觀監測湖泊洼區洪澇災害的重要作用。

                      (3) 高原荒漠湖泊水文特性調查

                         在茫茫高原,人跡罕至的荒漠區,分布有無數的湖泊,對其水文特性更難以涉足研究,因此知之甚少。隨著遙感技術的應用,資源、氣象衛星等探測到的各種遙感信息,為揭示湖泊奧秘,創造了條件。

                      西部湖泊

                          高原湖泊特性各異,有的湖水甘甜可口,有的水質咸苦不能飲用。冬季,不少湖泊結冰封凍,也有些湖泊在冰雪中湖水依然波光粼粼。即使相距綿連的姐妹湖,也會是一個冰面如鏡,另一個碧波蕩漾。這些信息都能被遙感衛星所監測。

                          研究表明,高原湖泊冬季結冰與否,除了氣候因素以外,與湖水礦化度有重要關系。藏北高原內流區的湖泊一般屬于咸水湖,乃至鹽湖。它們在影像上的色調也各有所異,例如,瑪爾果茶卡湖,黑白衛星像片上,湖面鹽結晶板的部分呈灰白色;礦化度呈飽和狀態的湖水面,呈深黑色,這類湖泊,多是礦物湖,其礦化度均處于20克/升以上,最高的可達400克/升,通過分析其色調深淺與所處地形部位的相關研究可得出不同湖泊的水文特性。

                          高原咸水湖在-16℃到-21℃時才結冰,礦化度大于35克/升的鹽湖,冬季往往不結冰。根據這一特點,可以從冬季圖像上分析湖泊的礦化度,不結冰的湖泊礦化度至少為35克/升,結冰的湖泊,礦化度則較低。另外,若湖泊有豐富雪水補給,礦化度自然較低,易結冰。例如位于高原海拔5158米處的布若錯,因有雪山溶水補給,湖水礦化度變小,冬季就結冰?梢,利用衛星圖像對湖泊水文特征分析是可行的,是一經濟有效的技術途徑。

                      (4) 湖泊信息系統的建立與應用

                          利用資源衛星圖像,進行湖泊、水庫的分析之圖,可以建立湖泊信息系統,這是湖泊遙感多元分析的新途徑,也是湖泊數據更新的重要保證,具有多方面的應用功能。

                          湖泊水庫等地理分布調查,不論高山高寒地區,或是浩瀚無際的沙漠地帶以及人煙稀少的邊境區域,都能通過衛星像片的地學分析,標出湖泊等水體的位置、形狀、大小等基本特征。有目的地建立湖泊數據庫,為水資源調查,開創新技術途徑。

                          湖泊水化學成分、礦化度、水質、水溫等,都能從衛星影像特征中進行定性研究,同時也可結合地面有關調查數據作定量分析,還可對地圖上湖泊、水庫、沼澤洼地等水文要素作更新修正。它們在湖泊信息系統的支持下,利用資源衛星像片修編地圖是一條多、快、好、省的途徑。這對地物變化快的要素,如湖泊的退縮消長,水庫的興修擴建等圖面訂正補充,都有很好的效果。

                          衛星遙感圖像具有其周期性、宏觀性和現勢性特點,因此,運用遙感技術進行湖泊、水庫等調查制圖,有著快速、實時性的優勢。所以,開展湖泊地理信息系統的研制,實時監測湖泊水體,具有廣闊的應用前景。

                          資源衛星對湖泊資源的保護和開發利用,能發揮獨特的作用。湖泊是一個多功能的資源庫,人們不斷地開發索取,其結果引起湖泊生態環境的變化,乃至惡化。而資源衛星獲取的像片,能不時地將湖區被圍墾,湖面縮小,直至湖泊生態系統的破壞等信息傳遞給人們,進而可引起有關部門的重視,采取措施積極保護湖泊資源。

                          80年代后期以來,中國科學院南京地理與湖泊研究所開展了一系列湖泊數據庫--湖泊信息系統的研究,積累了豐富的湖泊信息,并于90年代后期上網發布。網址是:159.226.73.175。

                       

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