ICESat-2激光测高数据在中国水库水位变化监测中的应用评估
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武汉大学水利水电学院

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基金项目:

科技部重点研发计划项目(2022YFC3202804);国家自然科学基金项目(U2340207)。


Assessment of ICESat-2 Laser Altimetry Data for Monitoring Reservoir Water Level Changes in China
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School of Water Resources and Hydropower Engineering,Wuhan University

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    摘要:

    水库水位是水资源调度与管理的关键变量,但受限于数据共享壁垒,实测数据难以获取。ICESat-2卫星的激光测高技术可以提供高精度的水库水位观测,但目前针对其在中国复杂地表环境下的适用性评估仍不足。本研究利用近五年(2018年10月至2023年12月)的ICESat-2 ATL13数据,采用归一化中位数绝对偏差方法,反演了中国847座水库的水位序列,系统分析了ICESat-2的数据精度及时空覆盖规律,探究了中国水库水位的季节性变幅和趋势特征。结果表明,ICESat-2监测水库水位精度极高,与93座水库的实测水位对比验证的平均绝对误差为0.126m,相关系数为0.978,均方根误差为0.164m,且对面积<1的水库具备较强监测能力。对七大流域片区典型水库水位距平序列分析发现,大型水库的水位变化与流域性旱涝急转、台风等水文气象事件具有较好对应关系,表明ICESat-2在监测流域极端水文情势及水库调蓄响应方面可行性较强。水库水位季节性变幅呈现“西高东低”空间异质性,其中西南诸河流区与长江流域平均变幅分别高达22.40m和19.63m。研究时段内全国水库水位整体呈下降趋势,净变化率为-0.228m/a,水位变化趋势呈现“东升西降”的大致特征,西南诸河与长江流域水位显著下降,珠江、海河及辽河流域则普遍呈现水位回升趋势。本研究系统分析了ICESat-2监测中国区域水库水位变化的潜力,可为区域水资源管理与调度提供科学依据。

    Abstract:

    Reservoir water level (RWL) data are crucial for water resource management but are often inaccessible due to data sharing barriers. Although ICESat-2 laser altimetry offers high-precision observations, its applicability in China"s complex environments remains under-assessed.Using ICESat-2 ATL13 data (Oct 2018–Dec 2023),this study retrieved RWL series for 847 Chinese reservoirs via the Normalized Median Absolute Deviation (NMAD) method,systematically analyzing accuracy,coverage,seasonal amplitudes,and trends.Validation against in-situ data from 93 reservoirs showed high accuracy(MAE=0.126m,R=0.978,RMSE=0.164m),with robust performance even for small reservoirs (<1km2) .Analysis of RWL anomalies across seven major river basins revealed strong correlations with hydro-meteorological events (e.g.,abrupt drought-flood alternations,typhoons),confirming ICESat-2"s viability for monitoring extreme regimes and regulation responses.Seasonal amplitudes exhibited significant spatial heterogeneity west,low-east"),peaking in the Southwest Rivers (22.40m) and Yangtze River Basin (19.63m) Nationwide,RWLs showed an overall downward trend (-0.228m/a).Spatially,a "rising-east,falling-west" pattern emerged: significant declines occurred in the Southwest and Yangtze basins,while rising trends were observed in the Pearl,Hai,and Liao River basins.This study validates ICESat-2"s potential for monitoring RWL changes across China,providing a scientific basis for regional water management.

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  • 收稿日期:2026-02-03
  • 最后修改日期:2026-06-18
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