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青藏高原湖泊數(shù)量眾多且分布密集，是青藏高原的重要組成部分。然而，湖泊的水下地形測量數(shù)據(jù)較少，對高原湖泊水儲(chǔ)量及其變化的準(zhǔn)確估算有一定影響。盡管激光雷達(dá)的穿透特性被應(yīng)用于重建濱海水下地形等領(lǐng)域，但由于穿透深度淺、水下光子提取困難、湖泊水質(zhì)復(fù)雜等難題，限制了激光雷達(dá)在重建湖泊水下地形的應(yīng)用。

中國科學(xué)院青藏高原研究所環(huán)境變化與多圈層過程團(tuán)隊(duì)研究員張國慶聯(lián)合美國、英國以及中國臺(tái)灣的科研人員，提出了基于ICESat-2激光雷達(dá)高度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的湖泊水下地形重建方法，并應(yīng)用于青藏高原的60個(gè)湖泊。該方法在三維空間和二維空間使用格網(wǎng)聚類算法WaveCluster，較好地去除了激光雷達(dá)高度計(jì)ICESat-2因陽光產(chǎn)生的噪聲光子，提升了數(shù)據(jù)的可用性。研究通過提取穿透水下信號(hào)光子，結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)模型，測深模擬ICESat-2軌跡，利用空間插值得到湖泊測深圖。以此為基礎(chǔ)，科研人員綜合運(yùn)用公開發(fā)表的湖泊實(shí)測水下地形、此次研究模擬的水下地形以及基于自仿射理論建立的經(jīng)驗(yàn)方程，初步估算了青藏高原大于0.01平方公里湖泊的水儲(chǔ)量。研究估算，2022年青藏高原大于0.01平方公里湖泊總水儲(chǔ)量為1043.69±341.31km³，約70%湖泊水儲(chǔ)量集中在內(nèi)流區(qū)即羌塘高原。

該研究解決了ICESat-2激光雷達(dá)高度計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算量大、激光雷達(dá)穿透深度有限、無法重建大型湖泊水下地形的問題。研究顯示，模擬與實(shí)測的湖泊體積具有良好的一致性，最大水深的平均絕對百分比誤差為8.0%，湖泊體積的平均絕對百分比誤差為19.7%。這一研究基于遙感手段初步估算了青藏高原湖泊水儲(chǔ)量，為湖泊未來水量變化預(yù)估、水量平衡分析和水資源管理提供了數(shù)據(jù)支持。

相關(guān)研究成果以Reconstructing Tibetan Plateau lake bathymetry using ICESat-2 photon-counting laser altimetry為題，發(fā)表在《環(huán)境遙感》（Remote Sensing of Environment）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究等的支持。

論文鏈接

收集和模擬的青藏高原測深湖泊分布及激光雷達(dá)數(shù)據(jù)時(shí)序。（a）模擬測深湖泊和收集的實(shí)測測深湖泊空間分布；（b）2019年至2023年ICESat-2 ATLAS測高數(shù)據(jù)的時(shí)序分布