近日，清華大學(xué)水利水電工程系龍笛教授團(tuán)隊(duì)在全球地表水體遙感監(jiān)測(cè)研究中取得重要進(jìn)展，揭示全球百萬(wàn)湖泊水域面積的多尺度動(dòng)態(tài)與季節(jié)性主導(dǎo)機(jī)制，在世界范圍內(nèi)打破了長(zhǎng)期困擾遙感水文界的“時(shí)間?空間”權(quán)衡瓶頸，推動(dòng)全球湖泊遙感監(jiān)測(cè)從“靜態(tài)觀測(cè)”邁入“高精度動(dòng)態(tài)解析”。相關(guān)研究成果以《季節(jié)性主導(dǎo)全球湖泊水域面積動(dòng)態(tài)》為題在線發(fā)表于《自然》(Nature)。
湖泊不僅是全球水文循環(huán)與生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，還深刻影響碳循環(huán)、溫室氣體排放和人類(lèi)水資源安全。長(zhǎng)期以來(lái)，科研界在湖泊變化研究中更多地關(guān)注長(zhǎng)期趨勢(shì)和年際波動(dòng)，而對(duì)季節(jié)性動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)刻畫(huà)不足。
面對(duì)這一全球性挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地構(gòu)建了一套深度學(xué)習(xí)遙感大數(shù)據(jù)融合框架，借助清華大學(xué)高性能計(jì)算集群及云計(jì)算平臺(tái)，累計(jì)消耗計(jì)算資源超8萬(wàn)個(gè)機(jī)時(shí)，構(gòu)建了迄今為止時(shí)空分辨率最高、覆蓋范圍最廣、連續(xù)性最強(qiáng)的全球湖泊水域面積時(shí)序數(shù)據(jù)集，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全球約140萬(wàn)個(gè)湖泊在月尺度、30米空間分辨率下的水域面積連續(xù)監(jiān)測(cè)。
據(jù)了解，如果將衛(wèi)星遙感比作拍攝地球的“太空相機(jī)”，以往拍出的照片不是分辨率不足，就是連續(xù)性不夠。現(xiàn)在，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種基于人工智能的數(shù)據(jù)時(shí)空融合“導(dǎo)演”，將不同衛(wèi)星數(shù)據(jù)融合成高清流暢、無(wú)斷檔的地球湖泊“連續(xù)劇”，首次實(shí)現(xiàn)了全球百萬(wàn)湖泊的精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。
基于動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)生成的數(shù)據(jù)集，研究團(tuán)隊(duì)有了新發(fā)現(xiàn)：研究顯示，全球66%的湖泊總面積和60%的湖泊數(shù)量，其水域面積動(dòng)態(tài)都以季節(jié)性變化為主導(dǎo)。這一季節(jié)性主導(dǎo)的分布格局與全球人口分布之間存在高度耦合關(guān)系——全球90%以上的人口，都居住在以季節(jié)性主導(dǎo)湖泊為主的流域。
這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)，從全球尺度上揭示了人類(lèi)活動(dòng)區(qū)域與水文季節(jié)性變化之間的深層聯(lián)系。它預(yù)示著，湖泊水文過(guò)程正日益受到季節(jié)性極端事件和人為調(diào)控的雙重驅(qū)動(dòng)。比如，農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)和生活用水的季節(jié)性需求變化，都可能直接影響到湖泊的“變化”節(jié)奏。
此外，研究還發(fā)現(xiàn)，季節(jié)性極端事件可以在短期內(nèi)顯著放大或抵消湖泊幾十年來(lái)的長(zhǎng)期趨勢(shì)。這一機(jī)制為理解極端氣候事件對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)和水資源安全的沖擊提供了科學(xué)依據(jù)，也為未來(lái)湖泊溫室氣體通量估算、生態(tài)生境保護(hù)及極端水文事件響應(yīng)策略的制定提供了理論支撐。
編輯：李華山
