中丹聯手融合衛星遙感和模型求解無大斷面資料如何測流的PUB難題

  大斷面資料是獲取過水斷面流量的先決條件,一般需要設立水文站獲取其信息。目前全球還存在大量水文測站稀少區,即使對有測站河流,站與站之間的河道大斷面資料也嚴重缺乏,阻礙人們獲取河流沿程水情分布,是國際水文協會(IAHS)自本世紀初力倡解決的無測站流域水文預測(PUB, Predictions in Ungauged Basins)難題。 

  遙感是獲得河道水力參數的重要手段。但對于占全球比例很高的窄河(河寬小于100~200米),目前常用的反演水力參數的衛星空間分辨率太粗,譬如CryoSat-2Sentinel-3 的空間分辨率都在 250~300 m。 

  針對這個難題,國家重點研發計劃政府間國際科技創新合作重點專項”“地表要素的衛星和UAV多源遙感及其水文業務預報應用項目中丹團隊聯合攻關,選用沿航跡縱向分辨率高達0.7米的測高衛星ICESat-2 (Ice,Cloud and land Elevation Satellite) ,基于其搭載的先進地形激光測高系統(ATLAS)特有的高分辨率脈沖重復頻率反演得到光子地理位置,通過時相選擇使水下大斷面地形比例占比最小,獲得了在枯水期河寬只有80米的黃河上游吉邁到門堂河段包括辨狀河段和順直河段共80個河道水上大斷面數據。根據獲得的大斷面數據和站點實測流量數據,采用穩態水力學算法模擬水面高,融合ICESat-2遙感水面高,獲得了河道糙率、河底高程和水下斷面形狀系數的沿程分布。利用河道沿程的水位-流量關系曲線,建立了模型-數據融合的沿程任意位置水面高和流量預測的新技術,水位高絕對均方誤為0.59米。 

  以上成果發表于 HESS,論文作者為中丹合作培養博士生Monica Coppo  Frias、導師中國科學院地理科學與資源研究所劉蘇峽研究員和莫興國研究員和丹麥技術大學的Peter Bauer-Gottwein教授、以及其他合作者。成果受國家重點研發計劃”( 2018YFE0106500)及合作項目(8087-00002B)等資助。 

  論文鏈接為:https://doi.org/10.5194/hess-27-1011-2023 

  Coppo Frias, M., Liu, S., Mo, X., Nielsen, K., Ranndal, H., Jiang, L., Ma, J., and Bauer-Gottwein, P.: River hydraulic modeling with ICESat-2 land and water surface elevation, Hydrol. Earth Syst. Sci., 27, 1011–1032, , 2023. 

 

 


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