多源遥感数据应用于鄱阳湖水环境研究

论文摘要

环境保护和环境治理是21世纪社会经济可持续发展的热点问题。水环境安全在环境建设中处于十分重要的地位。鄱阳湖地处长江中下游，是长江非常重要的泄洪区；鄱阳湖是我国第一大淡水湖；鄱阳湖湿地是我国七大国际湿地之一；鄱阳湖易受洪涝灾害；鄱阳湖血吸虫猖獗一方；鄱阳湖的水环境问题十分突出，相关研究有着重要的现实意义。分布式水文模型是模拟水循环的有力工具，但其数据问题一直是困扰模型推广应用的重要因素。同时遥感科学与其它学科的结合是遥感应用的生命力所在，所以推进水文模型与遥感技术的结合不但是水文学也是遥感科学的幸事。遥感科学应用于水环境研究不仅仅限于与水文模型的结合，水位是全球变化区域响应的重要指示因子，新型的遥感技术提供了一种准确估测水位动态以及蓄水量的新方法。总之，围绕鄱阳湖水环境问题，本文借助于不同时空分辨率的多源遥感数据结合分布式水文模型作了应用性研究，并利用新型遥感器及其数据产品发展了成功提取湖泊水位、估测蓄水量及其变化的新方法。主要内容包括： 1)介绍了VIC模型原理，根据其原理及其结构设计，从流域物理参数提取、土地覆被输入、植被参数（ALBEDO，LAI）输入等数据源方面改善VIC模型模拟的准确性。 2) 根据现实的土地利用状况，构造了可能的土地覆被发展趋势模式，并模拟了该模式下可能的径流变化。分析了1983年-2002年来，鄱阳湖气候变化情况，并根据气候变化的现实趋势，模拟了照此趋势下30年，60年以及90年后的径流情况。 3) 高度计精度可以达到厘米级的水位观测技术，早先一直应用于海洋，随着技术的不断成熟，其应用开始走向陆地。内陆湖泊的水位是显示水环境变化的直接因素，在此介绍并应用雷达高度计和激光高度计提取了鄱阳湖水位自2002年9月份以来水位变动。 4) 根据航空干涉雷达得到的高精度DEM及当时的水体特征数据，得到鄱阳湖的蓄水量或库容随水位变化的经验公式，结合SRTM DEM得到随水位变动

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第一章引言

第一节研究意义

1.1 鄱阳湖的生态环境及其变化

1.2 水文模型与水文响应

1.3 遥感新技术手段与水生态

第二节研究现状或进展

2.1 国内外分布式水文模型的研究进展

2.2 VIC分布式水文模型的发展和应用

2.3 分布式水文模型的应用领域

2.4 遥感应用于水位与水量信息提取

第三节研究内容和思路

3.1 研究内容

3.2 研究思路

第四节论文结构

第二章研究区域及流域物理参数提取

第一节研究区域介绍

1.1 地理位置

1.2 地形地貌

1.3 土壤植被

1.4 河流水系

第二节流域物理参数提取

2.1 方法回顾

2.2 数据准备

2.3 提取流程

2.4 遥感所得的地形数据对于参数提取的意义

第三章 VIC模型在鄱阳湖流域的模拟

第一节 VIC模型理论框架

1.1 蒸散发

1.2 冠层水平衡

1.3 裸地地表径流

1.4 裸地基流

1.5 有植被覆盖土壤的地表径流和地下基流

1.6 空气动力学通量

1.7 降雪

1.8 VIC-3L相对于VIC-2L的改进

第二节流域地表参数的选取及模型运行

2.1 植被参数

2.2 遥感对植被参数改善

2.3 气象因子

2.4 土壤数据

2.5 地形因子

2.6 运行模式及输出

第三节汇流模型与模型优化

3.1 汇流模型简介

3.2 汇流模型的输入与输出

3.3 模型校准

3.4 校准及结果

第四节数值模拟与验证

4.1 模型验证

4.2 遥感数据引入对模型的贡献

第四章模型在鄱阳湖流域的应用

第一节鄱阳湖流域土地覆被变化的水文响应

1.1 土地覆被变化分析与模式构建

1.2 不同土地覆被模式下的径流比较

第二节鄱阳湖的气候变化的水文响应

2.1 降水变化

2.2 气温变化

2.3 不同气候模式下的径流比较

第三节流域径流与水位变化

第五章鄱阳湖水位与蓄水量的遥感监测

第一节鄱阳湖介绍

1.1 鄱阳湖简介

1.2 水量和水位变化于鄱阳湖的重要性

第二节鄱阳湖蓄水能力估测

2.1 利用ASAR勾划鄱阳湖轮廓

2.2 蓄水量与水位的经验关系

第三节高度计监测水位与蓄水量动态变化

3.1 高度计介绍

3.2 水位信息提取与验证

第六章结论与讨论

第一节结论及创新点

第二节讨论或展望

2.1 气象数据的更新

2.2 湖泊、水库对于模型的影响

2.3 湖底地形数据的更新

2.4 水文模型与遥感的结合

参考文献

攻读博士期间第一作者发表论文

致谢

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