遙感大數據助力全國湖泊水質監測 20年，湖水變清了_風聞

來源：科學網   中國科學報   作者：陸琦   時間：2020/7/5

原文網址：http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/7/442372.shtm

巢湖（段洪濤供圖）

段洪濤團隊在巢湖野外試驗（段洪濤供圖）

段洪濤在高郵湖測量水體透明度（段洪濤供圖）

“滇池又見水清岸綠”“治理太湖藍藻有了新突破”……各大湖泊治理效果的個案報道頻頻見諸報端，但中國湖泊治理的整體效果如何？能否評價長時間、大範圍的湖泊水質狀況？

日前，中國科學院南京地理與湖泊研究所（以下簡稱地湖所）研究員段洪濤團隊基於地球大數據整體評估中國大型湖泊水體透明度的時空變化，通過分析其歷史變化規律和影響因素，為科學評估湖泊水質狀況和管理提供決策支持。相關論文發表在《國際應用地球觀測與地理信息》《環境遙感》等雜誌上。

方法：水色遙感+雲技術平台

在段洪濤看來，2000年可以被看作是中國水環境管理的轉折點。

例如，國家制定了流域污染物削減戰略，以減少太湖的營養鹽負荷，要求所有入湖河流水質均達到國家地表水質量標準規定的三級標準；同時，在其他地區也採取了類似的生態環境修復措施，如農田退耕還林計劃等。

20年過去了，這些工程的實施效果如何？段洪濤希望能夠藉助衞星遙感數據獲得一個“全貌”。

事實上，聯合國可持續發展目標6.3.2（SDG 6.3.2）評價水質好壞的五個核心指標都不是光學活性物質，衞星無法進行直接監測。但大量研究表明，衞星可獲取的水體透明度（SDD）與這些指標有着密切聯繫，可作為判斷水質好壞的依據。

“作為地球大數據的一個分支，水色遙感技術取得了長足進步，越來越多地被用於湖泊水環境質量評價。同時，隨着雲計算平台的發展，兩者結合可以實現長時間序列、大區域範圍內湖泊水質狀況快速製圖。”段洪濤告訴《中國科學報》。

於是，他們利用大量地面實測資料構建中國湖泊透明度遙感算法，基於GEE雲計算平台實現2000-2019年的中國湖泊透明度估算，最後根據透明度指標計算中國不同區域湖泊透明度等級比例，並分析其時空變化規律。

結果：西清東濁 整體變清

“我們的研究對象是大於20平方千米的大型湖泊，佔中國湖泊總面積的87.02%。整體上，中國大型湖泊清澈程度表現良好，且呈現好轉態勢。”地湖所助理研究員劉東告訴《中國科學報》。

研究發現，20年間中國湖泊透明度普遍呈增加趨勢，説明中國湖泊水體變清了。其中，西部湖泊透明度增加更明顯。

劉東分析，流域植被恢復對湖泊透明度增加起主要作用。同時，氣候變化對湖泊透明度，主要是青藏高原湖泊透明度增加有明顯作用。

從空間上看，中國湖泊透明度表現為“西高東低”。

以胡煥庸線為界，西部的蒙新湖區、青藏高原湖區和雲貴高原湖區3個山地湖區湖泊的平均透明度，是東部的東北平原湖區和東部平原湖區2個平原湖區湖泊的2倍有餘。

據統計，中國東部包含1059個面積大於1平方千米的湖泊，湖泊總面積約為25752.8平方千米，這些湖泊在當地的生態環境和經濟發展中發揮着關鍵作用。

不過，段洪濤指出，由於近幾十年的快速發展，東部地區湖泊大多數處於中營養或富營養狀態。

地湖所博士生沈明介紹，他們近期發表的一項研究表明，超過40%東部湖泊透明度仍未達到良好水平。

啓示：實施以流域為單位的保護策略

是什麼原因推動了我國湖泊透明度“西高東低”空間格局的形成？

劉東表示，湖泊透明度很大程度上決定於總懸浮物或浮游植物等顆粒物含量的變化。

東部大部分湖泊較淺，在一定風速和風向條件下湖泊沉積物更易發生再懸浮，例如巢湖、太湖和洪澤湖在風速分別超過2.75米/秒、3.5米/秒和4.8米/秒時，水柱內顆粒物呈均勻分佈，即沉積物會再懸浮至水錶。而西部湖泊多為深水構造湖，同等風速對湖泊沉積物再懸浮的影響較小。

“在東西部湖泊形態差異的背景下，東部湖泊還受人類活動的強烈擾動。”沈明補充道。

段洪濤坦言，控制浮游植物過度生長是全球湖泊環境治理所面臨的一項重大挑戰。“中國許多湖泊都處於嚴重的富營養化狀態，一些藍藻暴發嚴重的湖泊已被禁止作為水源地或用於其他經濟活動。”

研究發現，流域土地覆蓋/利用和氣候條件的長期變化，會影響湖泊透明度的年際動態變化。在長時間背景下，將大量農田退耕還林會增加湖泊透明度，即有利於改善湖泊環境。

“這一成功案例表明，應該繼續實施和發展以流域為單位的保護和修復策略，以為湖泊生態系統功能修復提供充足的時間和空間。”段洪濤説。

中國科學院南京分院院長楊桂山表示，湖泊透明度時空變異是由區域地形、氣候、人類干擾和保護等因素共同決定，本研究為理解氣候變化和人類活動共同影響下的湖泊水質演變添磚加瓦。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1016/j.jag.2020.102187

https://doi.org/10.1016/j.rse.2020.111950