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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于地球大數(shù)據(jù)，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(guī)律和影響因素，為科學評估湖泊水質(zhì)狀況和管理提供決策支持。

“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、大范圍的湖泊水質(zhì)狀況？

相關論文發(fā)表在《國際應用地球觀測與地理信息》《環(huán)境遙感》等雜志上。

在云南大理洱海，被視為“水質(zhì)風向標”的海菜花一度難覓蹤跡。如今海菜花又在清澈的湖水中隨波蕩漾。 新華社記者江文耀攝

方法：水色遙感+云技術(shù)平臺

段洪濤看來，2000年可以被看作是中國水環(huán)境管理的轉(zhuǎn)折點。

例如，國家制定了流域污染物削減戰(zhàn)略，以減少太湖的營養(yǎng)鹽負荷，要求所有入湖河流水質(zhì)均達到國家地表水質(zhì)量標準規(guī)定的三級標準；同時，在其他地區(qū)也采取了類似的生態(tài)環(huán)境修復措施，如農(nóng)田退耕還林計劃等。

20年過去了，這些工程的實施效果如何？段洪濤希望能夠借助衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)找到答案。

事實上，聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標6.3.2（SDG 6.3.2）評價水質(zhì)好壞的五個核心指標都不是光學活性物質(zhì)，衛(wèi)星無法進行直接監(jiān)測。

但大量研究表明，衛(wèi)星可獲取的水體透明度（SDD）與這些指標有著密切聯(lián)系，可作為判斷水質(zhì)好壞的依據(jù)。

“作為地球大數(shù)據(jù)的一個分支，水色遙感技術(shù)取得了長足進步，越來越多地被用于湖泊水環(huán)境質(zhì)量評價。同時，隨著云計算平臺的發(fā)展，兩者結(jié)合可以實現(xiàn)長時間序列、大區(qū)域范圍內(nèi)湖泊水質(zhì)狀況快速制圖。”段洪濤告訴《中國科學報》。

于是，他們利用大量地面實測資料構(gòu)建中國湖泊透明度遙感算法，基于GEE云計算平臺實現(xiàn)2000~2019年的中國湖泊透明度估算，最后根據(jù)透明度指標，計算中國不同區(qū)域湖泊透明度等級比例，并分析其時空變化規(guī)律。

結(jié)果：西清東濁 整體變清

“我們的研究對象是大于20平方千米的大型湖泊，占中國湖泊總面積的87.02%。整體上，中國大型湖泊清澈程度表現(xiàn)良好，且呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)態(tài)勢。”地湖所助理研究員劉東告訴《中國科學報》。

研究發(fā)現(xiàn)，20年間中國湖泊透明度普遍呈增加趨勢，說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(xiàn)為“西高東低”。

以胡煥庸線為界，西部的蒙新湖區(qū)、青藏高原湖區(qū)和云貴高原湖區(qū)3個山地湖區(qū)湖泊的平均透明度，是東部的東北平原湖區(qū)和東部平原湖區(qū)2個平原湖區(qū)湖泊的2倍有余。

據(jù)統(tǒng)計，中國東部包含1059個面積大于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?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著關鍵作用。

不過，段洪濤指出，由于近幾十年的快速發(fā)展，東部地區(qū)湖泊大多數(shù)處于中營養(yǎng)或富營養(yǎng)狀態(tài)。

地湖所博士生沈明介紹，他們近期發(fā)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。

啟示：實施以流域為單位的保護策略

是什么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于總懸浮物或浮游植物等顆粒物含量的變化。

研究顯示，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(fā)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(nèi)顆粒物呈均勻分布，即沉積物會再懸浮至水表。

而西部湖泊多為深水構(gòu)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(tài)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(huán)境治理所面臨的一項重大挑戰(zhàn)。

“中國許多湖泊都處于嚴重的富營養(yǎng)化狀態(tài)，一些藍藻暴發(fā)嚴重的湖泊已被禁止作為水源地或用于其他經(jīng)濟活動。”

研究發(fā)現(xiàn)，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(tài)變化。

在長時間背景下，將大量農(nóng)田退耕還林會增加湖泊透明度，即有利于改善湖泊環(huán)境。

“這一成功案例表明，應該繼續(xù)實施和發(fā)展以流域為單位的保護和修復策略，為湖泊生態(tài)系統(tǒng)功能修復提供充足的時間和空間。”段洪濤說。

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(qū)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(zhì)演變添磚加瓦。

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