摘要
21世纪以来，随着社会经济的发展与全球气候变化的推动，湖泊富营养化已经威胁到全球公共健康和水生态安全。我国湖泊也面临着水体富营养化、蓝藻水华频发、水质下降和水体污染严重等一系列问题。洪湖是长江流域江汉平原典型的大型浅水湖泊，也是国家级湿地自然保护区，在调节气候、防洪调蓄、净化水质、维持生物多样等方面发挥着重要作用。但是近年来，洪湖水体污染与富营养化问题严重，其生态功能和水环境安全受到严重威胁。因此，大面积、动态精准的水质监测与评估，对洪湖的水环境保护与健康、水污染控制、水资源安全和水生态文明建设具有重要意义。而遥感技术可以对湖泊进行快速便捷、全覆盖和长期地观测。但是，在大多数水质遥感反演模型中，只将不同波段的反射率与水质参数建立相关关系，没有加入其他环境因子加以约束，很难反映出内陆湖泊的季节性差异。 本文以洪湖为研究区域，利用178景Landsat影像，基于径向基神经网络模型，反演了2000年至2021年洪湖的综合营养状态指数(TrophicLevelIndex，TLI)，在此基础上，对洪湖长期以来的水质时空变化情况进行分析，并对驱动洪湖富营养化的潜在原因进行初步的讨论。 本文的主要结论与创新点有: (1)本文提出了一种样本扩充的方法，将水质监测站点周边的像元也视为独立的标签样本输入到水质反演模型中。样本扩充的方法大幅地增加了水质反演模型的训练样本规模，从而有效地避免模型出现的过拟合问题，增强了反演模型的稳定性与鲁棒性。 (2)在洪湖TLI遥感反演模型中，输入端中加入了同步的气温和水位数据，不仅构建了适用于不同季节的通用性水质反演模型，而且显著提高了模型的精度。此方法可以反映内陆湖泊的季节性变化特征，为其他典型季节性内陆湖泊的水质反演研究提供了新思路。 (3)洪湖南部水域的水质相对较好，而北部水域为四湖总干渠的入湖区，同时存在较多的农田与人类活动干扰，所以北部水域的水质相对较差。洪湖的富营养化程度存在显著的季节性差异，即夏秋季节TLI偏高，而冬季TLI值相对较低。 (4)利用建立的模型，对洪湖2000年至2021年的TLI进行了反演和制图，得到了系列图谱，在此基础上对TLI进行了时间序列分析，初步揭示了近20年来洪湖富营养化程度的演变趋势，其中2005年与2013年为洪湖水质改变的两个重要时间节点，2000年至2005年洪湖水质平稳过渡，缓慢恶化，2005年至2013年，洪湖水质略有好转，但从2013年之后，洪湖富营养化趋势逐渐加快，水质迅速恶化，已由轻度富营养化湖泊转变为中度富营养化湖泊。
NETL