青藏高原分布有六萬余個湖泊，因受人類活動干擾較少，這些湖泊是監(jiān)測氣候變化的理想“前哨”。然而，傳統(tǒng)星載高度計受軌道稀疏、采樣間距較大、在小型湖泊上易受信號污染等因素限制，難以實(shí)現(xiàn)對高山小型湖泊水位的有效監(jiān)測。2022年發(fā)射的地表水與海洋地形（SWOT）寬幅高度計衛(wèi)星，憑借高空間分辨率、短重訪周期及全面覆蓋等優(yōu)勢，為水體變化監(jiān)測提供了新的技術(shù)途徑。但在高山復(fù)雜地形條件下，其載荷設(shè)計易引發(fā)更為顯著的信號污染，導(dǎo)致小型湖泊水位測量誤差偏大、數(shù)據(jù)可用性降低。目前，學(xué)界尚缺乏針對SWOT衛(wèi)星在青藏高原地區(qū)實(shí)際監(jiān)測能力的系統(tǒng)性探索與評估。

　　針對上述問題，中國科學(xué)院青藏高原研究所等研究團(tuán)隊，發(fā)展了一種針對SWOT衛(wèi)星的水位提取新算法，并結(jié)合青藏高原9個湖泊的多年野外觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。該方法基于SWOT衛(wèi)星最新發(fā)布的D版本L2級高碼率PIXC數(shù)據(jù)，通過先驗(yàn)湖泊邊界約束下的高斯核密度估計，有效規(guī)避了復(fù)雜地形干擾，實(shí)現(xiàn)了對青藏高原中—小型湖泊水位的高精度提取，證明了SWOT衛(wèi)星具備在復(fù)雜地形下進(jìn)行湖泊水位監(jiān)測的能力。在青藏高原的驗(yàn)證湖泊中，提取水位的平均線性相關(guān)系數(shù)達(dá)0.72，均方根誤差為0.29m。研究進(jìn)一步表明，在冰湖水位監(jiān)測應(yīng)用中，為提升數(shù)據(jù)可用性，數(shù)據(jù)處理應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注相位解纏繞、信噪比、相干增益等反映傳感器狀態(tài)的標(biāo)簽。由于湖泊水體與陸地間存在顯著的后向散射差異，疊掩效應(yīng)對湖泊水位監(jiān)測精度未產(chǎn)生明顯影響。

　　該研究驗(yàn)證了SWOT衛(wèi)星D版本數(shù)據(jù)水位監(jiān)測精度，拓寬了SWOT數(shù)據(jù)在冰湖等小型湖泊研究中的應(yīng)用前景。測試結(jié)果表明，SWOT衛(wèi)星可監(jiān)測的青藏高原湖泊數(shù)量超過現(xiàn)役衛(wèi)星高度計監(jiān)測總量，目前已有超2.6萬個面積小于1km的湖泊，以及2924個喜馬拉雅地區(qū)的冰湖在有效監(jiān)測范圍。未來，SWOT衛(wèi)星將為青藏高原湖泊水量變化的全面監(jiān)測提供重要支撐，該研究也為學(xué)界深入理解高原湖泊對氣候變化的響應(yīng)機(jī)制及開展冰湖災(zāi)害預(yù)警提供了新的遙感星載數(shù)據(jù)。

　　日前，相關(guān)研究成果發(fā)表在《國際應(yīng)用地球觀測與地理信息雜志》（International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、中國科學(xué)院、西藏自治區(qū)等的支持。

實(shí)測湖泊水位序列與本研究算法提取的序列對比