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河流悬浮泥沙浓度（SSC）在能量和物质循环中发挥着至关重要的作用，同时也是水资源开发与生态环境监测的关键指标。然而，随着人类活动的加剧，全球河流SSC面临显著变化，特别是以极高悬沙含量著称的黄河。黄土高原地区是黄河泥沙主要来源地区，由于其复杂的地形地貌以及光学特征的高度可变性，传统的水文站点监测方法无法全面反映该地区黄河的时空变化特征，而现有的遥感技术在该地区的应用面临诸多挑战。虽然前期研究利用Landsat卫星数据获得了黄河及部分支流SSC数据集，但是能否利用更高时空分辨率的Sentinel-2卫星提高对河流SSC的估算精度、能否实现对黄河及大部分支流的时空监测尚不可知。
针对上述问题，团队博士生仇志强在前期发表于Remote Sensing of Environment研究的基础上(Four-decades of sediment transport variations in the Yellow River on the Loess Plateau using Landsat imagery)，利用Sentinel-2卫星开发了SSC估算的迁移模型，用于分析不同卫星之间模型迁移的可行性，并通过引入红边波段构建了更高精度的优化模型，在此基础上成功构建了2019-2023年黄河及其支流的SSC时空分布数据集，填补了大部分中小型支流数据的空白。
研究通过进一步对比Sentinel-2和Landsat在波段反射率差异以及基于二者估算的SSC在时空上的分布情况，发现二者差异极小，在绝大多数河段上反射率及其衍生的SSC产品非常一致，能实现时空上的互补。此外，基于0.05°格网进行均值统计的定量分析发现，Sentinel-2相比Landsat在空间覆盖度上提升了204.08%，观测频率整体提高了107.15%。具体表现为基于Sentinel-2进行河流SSC观测时，包括一级支流北洛河和伊洛河以及二级支流大通河在内的大部分支流可以得到有效观测，位于黄河上游和下游的支流其SSC较低，而黄土覆盖区的支流SSC较高。此外，若将Sentinel-2与Landsat系列卫星进行联合观测，其观测频次能进一步提升约35.29%。
这项研究通过基于Sentinel-2卫星获得的黄河黄土高原段SSC时空分布结果，解决了大部分支流无法进行观测的限制，并且通过与前期研究的对比定量评估了Sentinel-2与Landsat卫星的波段反射率及其估算的SSC产品的一致性，定量分析了Sentinel-2与Landsat相比其时空覆盖度的提升情况，并讨论了联合观测的可行性与必要性。研究成果不仅提供了更为细致的黄河黄土高原段河流SSC分布数据集，为黄河泥沙防治提供了数据支持，也为未来多星联合观测的研究奠定了基础。
图1 黄河黄土高原段基于Sentinel-2和Landsat卫星估算SSC差异对比
图2 基于Sentinel-2 (a)和Landsat卫星(b)估算河流SSC及其空间覆盖度差异
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.jag.2024.104209
https://doi.org/10.1016/j.rse.2024.114147
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湖泊遥感与智慧流域创新团队，主要围绕湖泊开展历史重构、现状观测和未来变化模拟等模型研制和应用实践工作，并在流域尺度开展大数据智慧管理平台研究，保障湖泊水质安全。团队拥有博士和硕士导师5人（段洪涛，罗菊花，刘东，谭振宇，邱银国），可分别在中国科学院南京地理与湖泊研究所、西北大学以及南京信息工程大学（国科大南京学院联合培养）等招收博、硕士研究生，欢迎报考！同时，长期招收联合培养研究生，欢迎咨询！
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