楊佳儀，周佳軒，吳紅波,2,3*

（1.陜西理工大學(xué) 地理科學(xué)系，陜西 漢中 723000；2.西北大學(xué) 陜西省地表系統(tǒng)與環(huán)境承載力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710127；3.中國(guó)科學(xué)院 青藏高原地球科學(xué)卓越創(chuàng)新中心，北京 100101）

作為歐亞大陸最大淡水湖，貝加爾湖的水位變化受自然和人類(lèi)活動(dòng)的共同影響，在全球變暖背景下，其水位升降對(duì)維系流域生態(tài)系統(tǒng)與社會(huì)發(fā)展至關(guān)重要[1]。由于流域范圍跨度大，受較大空間尺度的降水和氣溫影響較明顯，在過(guò)去50年貝加爾湖流域已成為全球升溫速率較快的區(qū)域之一[2]，而地表氣溫升高將直接影響湖面水位、水儲(chǔ)量、入湖徑流量等變化[3]，因此貝加爾湖是研究湖泊水文要素的理想場(chǎng)所。衛(wèi)星測(cè)高是利用衛(wèi)星、航天飛機(jī)等運(yùn)載平臺(tái)攜帶的激光、雷達(dá)測(cè)高儀測(cè)定搭載平臺(tái)到陸地表面、瞬時(shí)海平面、湖水面[4]、水庫(kù)表面等垂直距離的技術(shù)和方法。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，衛(wèi)星測(cè)高技術(shù)利用各類(lèi)測(cè)高儀實(shí)時(shí)測(cè)量衛(wèi)星平臺(tái)到地表面的高度、后向散射系數(shù)、風(fēng)速和波高等參數(shù)[5]，開(kāi)展了大地測(cè)量學(xué)、地球物理學(xué)、水文學(xué)和海洋學(xué)研究。與傳統(tǒng)水文觀測(cè)方法相比，衛(wèi)星測(cè)高技術(shù)可近實(shí)時(shí)、較大空間尺度地監(jiān)測(cè)湖泊水域、濕地、水庫(kù)的水面高度變化[6]，降低了人力、物力和財(cái)力成本。

王冠[7]等指出1900 年以來(lái)，貝加爾湖水位變化由自然和人類(lèi)共同作用引起，并直接影響著湖泊水量變化及其周邊生態(tài)環(huán)境；宋桂英[8]等分析發(fā)現(xiàn)2012年7月貝加爾湖流域低渦異于常年，擾動(dòng)對(duì)流層高層大氣，導(dǎo)致7月下旬內(nèi)蒙古高原極端降水事件的發(fā)生；李想[9]等指出近40年來(lái)貝加爾湖區(qū)水位整體呈先升后降的態(tài)勢(shì)，并將貝加爾湖水位升降轉(zhuǎn)折歸因?yàn)闅夂蜃兓?qū)動(dòng)型、氣候變化與人類(lèi)活動(dòng)共同驅(qū)動(dòng)型和氣候變化下的人為調(diào)控驅(qū)動(dòng)型3 種類(lèi)型；孟國(guó)杰[10]等認(rèn)為貝加爾湖地區(qū)地質(zhì)層處于膨脹狀態(tài)和近西北方向的拉張狀態(tài)，水位變化僅是新生代以來(lái)地殼運(yùn)動(dòng)的延續(xù)。為分析貝加爾湖水域水位的時(shí)變特征，楊小東[11]等借助衛(wèi)星測(cè)高技術(shù)分析貝加爾湖水位的年內(nèi)變化特征發(fā)現(xiàn)，每年7、8月水位上升到最高值，隨后下降，次年5月為最低水位；李靜[12]等利用重心偏移法與子波形提取法的波形重定技術(shù)分析得出，2009—2012年貝加爾湖年際水位異常時(shí)間序列具有較強(qiáng)的正相關(guān)性和較顯著的周期性變化，夏、秋季水位高，冬、春季水位低。上述研究總體上對(duì)貝加爾湖水域的水位時(shí)間特征和空間特征描述不足，且目前對(duì)貝加爾湖水位變化的人為活動(dòng)干擾和氣候要素變化響應(yīng)[13]，已鮮有相關(guān)報(bào)道[14]。因此，本文利用ICESat-1、ICESat-2 衛(wèi)星測(cè)高資料以及Hydroweb、Legos 水位數(shù)據(jù)，分析了貝加爾湖1992—2022年湖區(qū)水位變化的年內(nèi)和年際特征；并利用趨勢(shì)面和線性回歸分析，提取了2018 年10 月—2021 年10月貝加爾湖水位的空間變化特征，旨在為貝加爾湖水儲(chǔ)量變化、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、人工調(diào)水等研究提供理論參考和案例借鑒。

根據(jù)流行病學(xué)調(diào)查，泔水喂豬是傳播非洲豬瘟的重要原因。因非洲豬瘟病毒可在泔水中長(zhǎng)時(shí)間存活，禁止使用泔水喂豬對(duì)阻斷疫病傳播起到關(guān)鍵作用。同時(shí)據(jù)檢測(cè)表明，泔水中還含有其它許多致病性細(xì)菌，對(duì)環(huán)境和人畜健康均構(gòu)成嚴(yán)重威脅，故使用泔水喂豬存在諸多安全隱患。

1 研究數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

貝加爾湖地處俄羅斯布里亞特共和國(guó)和伊爾庫(kù)茨克州境內(nèi)，范圍為51°29′～55°46′N(xiāo)、103°41′～109°57′E，屬于地震斷層陷落型湖泊，周邊山脈海拔均在1 000 m以上。貝加爾湖為東北—西南走向，狹長(zhǎng)彎曲呈新月形，長(zhǎng)636 km，東西向平均寬度為48.0 km，水域面積為3.15 萬(wàn)km2，水系流域面積為56.0萬(wàn)km2；總?cè)莘e為23.6 億m3（2015 年），平均水深為730 m，最深處達(dá)1 637 m（2015年），是全球蓄水量最大、深度最深的湖泊，湖水通過(guò)安加拉河向北匯入葉尼塞河，最終流入北冰洋；屬溫帶大陸性氣候，氣溫日較差、年較差大，1 月均氣溫為-26～-33℃，7 月平均氣溫為17～21℃，年降水量的一半以上發(fā)生在夏季（6—8 月），位于上游的色楞格河、巴爾古津河、上安加拉河的徑流補(bǔ)給貝加爾湖的湖水。

1.2 研究數(shù)據(jù)

本文采用2003-10-22—2009-10-11 的ICESat-1/GLAS 測(cè)高產(chǎn)品GLA01 和GLA14 重建貝加爾湖湖區(qū)水位的時(shí)間變化序列。GLA01、GLA14 的產(chǎn)品格式為HDF 5.0，數(shù)據(jù)發(fā)布版本為V34[15]，從美國(guó)國(guó)家冰雪數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站（URL：https://search.earthdata.nasa.gov/search）獲取，并提取湖區(qū)光斑的經(jīng)度、緯度、高程、大地水準(zhǔn)高度等參數(shù)信息。ICESat-2 衛(wèi)星于2018-09-15在美國(guó)范登堡空軍基地發(fā)射成功，其搭載的ATLAS 激光測(cè)高儀采用綠色波段532 nm 處激光脈沖和單光子敏感探測(cè)器來(lái)測(cè)量地表空間信息[16]。ATLAS 測(cè)高儀采用3 對(duì)光束，每對(duì)軌道約間隔3 km，間距約為90 m；每束脈沖在地表形成的光斑直徑為17 m，沿軌道采樣間隔為0.7 m。ICESat-2 衛(wèi)星約重155 kg，ATLAS測(cè)高儀每秒向地表發(fā)射10 000個(gè)激光脈沖，激光脈沖3.3 ms 即可到達(dá)地球表面并返回。ATL13 產(chǎn)品主要用于湖泊、河流、水庫(kù)等水位估計(jì)[17]，本文采用2018-10-14—2022-04-22的ATL13中的6束測(cè)高脈沖提取貝加爾湖水面高程。1992年9月—2022 年4 月Hydroweb 水位日志記錄數(shù)據(jù)可從URL：https://hydroweb.theia-land.fr/申請(qǐng)獲取。1992 年9 月—2010 年9 月貝加爾湖Legos 水位記錄從法國(guó)地球物理學(xué)和海洋學(xué)太空觀測(cè)研究中心實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站（URL：http://www.legos.obs-mip.fr/en/soa/）獲取，包括日期、日均水位和偏差。1992—2021年位于安加拉河上游的伊爾庫(kù)茨克水文站水位觀測(cè)資料來(lái)源于俄羅斯聯(lián)邦自然資源與環(huán)境部的《貝加爾湖狀態(tài)及保護(hù)措施》年度報(bào)告（2003—2017 年報(bào)告網(wǎng)址URL：http://geol.irk.ru/baikal/activ/mactiv2003、2012—2021 年 報(bào) 告 網(wǎng) 址URL：http://www.baikalake.ru/en/security/info）。

1.3 技術(shù)路線

首先對(duì)ICESat-1、ICESat-2 衛(wèi)星測(cè)高產(chǎn)品中異常水位進(jìn)行粗差剔除，利用貝加爾湖流域湖泊水域邊界和湖區(qū)激光脈沖的經(jīng)度、緯度等數(shù)據(jù)進(jìn)行掩膜化，并將激光腳點(diǎn)位置與高程參考系統(tǒng)地理配準(zhǔn)后，提取湖區(qū)內(nèi)ICESat-1和ICESat-2衛(wèi)星的星下點(diǎn)和有效水位信息；然后結(jié)合1992—2022 年貝加爾湖的Hydroweb 水位、Legos 水位、水文站觀測(cè)等數(shù)據(jù)，驗(yàn)證ICESat-1、ICESat-2衛(wèi)星瞬時(shí)水位的估計(jì)誤差，并重建湖區(qū)水位的時(shí)變序列；最后根據(jù)湖區(qū)日均、月均和年均水位特征，借助趨勢(shì)面和線性回歸分析，分析1992—2022年貝加爾湖水位變化率、趨勢(shì)和空間異質(zhì)性。

1.4 衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)估計(jì)湖泊水位的方法

2001年以前，貝加爾湖的水位按照《安加拉河梯級(jí)水電站水庫(kù)水資源利用條例》進(jìn)行調(diào)蓄。俄羅斯聯(lián)邦政府于2001-03-26 頒布的第234號(hào)文件決定[21]，將貝加爾湖的可調(diào)節(jié)庫(kù)容范圍限制在1 m之內(nèi)，即由正常蓄水位457.00 m 調(diào)節(jié)至該湖極限消落水位456.00 m。1992年以來(lái)貝加爾湖水域日均水位曲線見(jiàn)圖2，可以看出，1992—2022年貝加爾湖水域日均水位總體呈上升趨勢(shì)，2018—2022年受下游水電站調(diào)蓄影響，湖泊日均水位波動(dòng)較?。?992-01-13—2002-01-13日均水位變化幅度較大，為0.20±0.21 m，受自然氣候變化影響較大；2002-01-13—2022-01-13日均水位變化幅度減小，為0.12±0.09 m。與伊爾庫(kù)茨克水文站觀測(cè)的日均水位相比，ICESat-1、ICESat-2 測(cè)高數(shù)據(jù)估計(jì)的日均水位絕對(duì)RMSE分別為0.18±0.08 m和0.08±0.06 m。

激光雷達(dá)測(cè)高儀的脈沖信號(hào)是從與有效波高和風(fēng)速有關(guān)的平面反射的，受軌道誤差、大氣總質(zhì)量、水蒸氣含量等影響，必須對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)改正。

式中，hd為湖盆地形變化值；為某時(shí)段內(nèi)湖盆地形變化均值；hg為大地水準(zhǔn)面高程；為某時(shí)段內(nèi)大地水準(zhǔn)面高程均值；ei為第i個(gè)隨機(jī)誤差；為某時(shí)段內(nèi)誤差均值。

數(shù)字人文研究是一種新的文獻(xiàn)打開(kāi)、查詢、呈現(xiàn)方式。數(shù)字人文最受人文學(xué)者青睞之處在于數(shù)字技術(shù)與人文領(lǐng)域的緊密融合。數(shù)字技術(shù)應(yīng)用到史學(xué)，最典型的是將實(shí)體文獻(xiàn)掃描為數(shù)字化，最直接的體現(xiàn)是數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)和史料數(shù)字化。并通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)集中揭示,可以讓你了解數(shù)字技術(shù)對(duì)人文學(xué)科或你的特定項(xiàng)目能起到什么作用，具有重要的理論和實(shí)踐價(jià)值。

式中，halt,lake為EGM2008重力位模型下的湖泊水面高程，單位為m；a為斜率；b為高程偏移常數(shù)，單位為m。

式中，Hlake為湖泊水位高度，即貝加爾湖湖面相對(duì)于參考橢球的高度；Halt為衛(wèi)星質(zhì)心相對(duì)于參考橢球體表面的距離；Hran為衛(wèi)星距離貝加爾湖面的距離；Hgeoid為大地水準(zhǔn)面高程差值；Hcor為各類(lèi)誤差校正；ICESat-1 衛(wèi)星的參考橢球體與ICESat-2 衛(wèi)星相同，需轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一高程坐標(biāo)系。

式中，e為參考橢球體的偏心率；ha為測(cè)高儀估計(jì)的瞬時(shí)湖泊水面高度；r為衛(wèi)星的地心距；rp為衛(wèi)星星下點(diǎn)的地心距；δhi為瞬時(shí)海面和似靜海面之間的高差；δhs為似靜海面至大地水準(zhǔn)面的差距；φ為地理緯度；N為大地水準(zhǔn)面高度。

式中，wtc為濕對(duì)流校正；dtc為干對(duì)流校正；ic為電離層校正；setc為固體潮校正；ptc為極潮校正。

對(duì)于環(huán)境要素(見(jiàn)圖1),事件e2的發(fā)生地點(diǎn)同時(shí)也是事件e3和事件e4的發(fā)生地點(diǎn),這時(shí)就要在事件e2的環(huán)境要素屬性lid中進(jìn)行標(biāo)注.

確定ICESat-1、ICESat-2衛(wèi)星高度和激光脈沖往返于衛(wèi)星與貝加爾湖水面的傳播時(shí)間，即可確定衛(wèi)星到貝加爾湖面的距離、風(fēng)速、有效波高等參數(shù)。ICESat-1、ICESat-2衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)估計(jì)湖泊水面高度的公式為：

測(cè)高儀的激光脈沖在湖泊水面的航跡其實(shí)是湖區(qū)水面高程的輪廓線[19]，該航跡覆蓋區(qū)可能包含湖面設(shè)施、漂浮物、湖岸的雜草等，因此應(yīng)剔除異常最大、最小值，則湖泊水位均值為：

湖面高程異常變化被定義為任一時(shí)段內(nèi)湖面高程與平均湖面高程的高度差，即

總之，充分發(fā)揮退役復(fù)學(xué)高職生的作用，讓他們參與學(xué)校教育管理，不僅可以將高校思想政治教育和教育管理貫穿于高職生日常生活，使學(xué)生受到潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲式的教育、引導(dǎo)和熏陶，而且能使退役復(fù)學(xué)高職生在參與管理的過(guò)程中得到鍛煉，實(shí)現(xiàn)自身價(jià)值并增強(qiáng)自信。

ICESat-1和ICESat-2測(cè)高儀的激光脈沖在地表或水域表面形成近似橢圓形的光斑，光斑腳點(diǎn)的高程偏差主要由配準(zhǔn)誤差、地形誤差和系統(tǒng)誤差等導(dǎo)致[20]。均方根誤差（RMSE）是指參數(shù)估計(jì)值與參數(shù)真值之差平方的期望值，常用于衡量觀測(cè)值與估計(jì)值之間的偏差。貝加爾湖湖區(qū)日均水位的RMSE為：

由于衛(wèi)星測(cè)高儀在測(cè)量過(guò)程中，光學(xué)信號(hào)會(huì)受外部環(huán)境、地球物理變化等影響[18]，產(chǎn)生不同程度的水平位移和高度偏差，本文參考1992年9月的平均水位值對(duì)不同時(shí)段內(nèi)ICESat-1和ICESat-2衛(wèi)星激光光斑估計(jì)的水位值進(jìn)行線性修正，即

式中，為修正后的湖泊水位估計(jì)值；為任一時(shí)段內(nèi)湖面水位均值；n為湖區(qū)內(nèi)航跡覆蓋區(qū)內(nèi)激光光斑數(shù)量。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 湖泊水位的驗(yàn)證與對(duì)比

由于ICESat-2 衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)的空間分布不均勻，為描述ICESat-2估計(jì)的日均水位與Hydroweb水位記錄之間的偏差，本文對(duì)ICESat-2衛(wèi)星的瞬時(shí)水位做平滑處理（圖1），可以看出，2018 年10 月—2021 年12 月ICESat-2估計(jì)的貝加爾湖日均水位與Hydroweb水位記錄存在一定系統(tǒng)性偏差，絕對(duì)誤差為0.34±0.08 m，ICESat-2估計(jì)的水位略高于Hydroweb水位，但具有相同的周期變化規(guī)律，擬合曲線峰谷節(jié)點(diǎn)較一致；日均水位的最高值出現(xiàn)在9月底—10月初，最低值大多出現(xiàn)在4 月或5 月，與伊爾庫(kù)茨克站日均水位觀測(cè)值和ICESat-2衛(wèi)星估計(jì)的日均水位時(shí)間節(jié)點(diǎn)一致。

圖1 2018年10月—2021年12月貝加爾湖湖區(qū)日均水位曲線

2.2 貝加爾湖水域日均水位變化

衛(wèi)星測(cè)高原理的基本關(guān)系式為：

圖2 1992—2022年貝加爾湖水域日均水位變化

2.3 貝加爾湖水域水位月均變化

基于Hydroweb、ICESat-1、ICESat-2 衛(wèi)星的月均水位估計(jì)值，本文對(duì)Hydroweb月均水位進(jìn)行線性擬合（圖3），可以看出，1992—2022 年貝加爾湖水域月均水位出現(xiàn)了3次較低水位，分別為1997年2月的454.69 m、2016年2月的454.75 m、2018年4月的454.84 m；月均水位總體略有上升，為0.14±0.10 m；2018—2022年月均水位波幅增大，增加了0.35±0.06m；月均水位變化具有顯著的季節(jié)性，春季（3—5月）水位偏低、夏季（6—8月）上升、秋季（9—11月）水位處于較高值、冬季（12月—次年2月）水位下降，且月均水位波動(dòng)幅度較小。ICESat-1、ICESat-2衛(wèi)星測(cè)高儀激光光斑在湖區(qū)覆蓋范圍具有代表性差異，月均水位的絕對(duì)RMSE分別為0.13±0.12 m和0.05±0.06 m。

圖3 1992—2022年貝加爾湖水域月均水位變化

2.4 貝加爾湖水域水位年均變化

本文利用Hydroweb 水位記錄、ICESat-1 和ICESat-2 測(cè)高數(shù)據(jù)重建貝加爾湖水域的年均水位時(shí)變序列（圖4），可以看出，1992—2022年貝加爾湖年均水位總體呈上升趨勢(shì)，共上升了0.13±0.15 m；由于氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)的共同影響，1992—1997年年均水位大幅下降0.56±0.12 m；1997—2004年年均水位呈上升趨勢(shì)，上升了0.42±0.13 m；2004—2017 年年均水位呈下降趨勢(shì)，下降了0.42±0.15 m；2017—2021年受人工調(diào)蓄影響，年均水位上升了0.63±0.10 m。ICESat-1、ICESat-2測(cè)高數(shù)據(jù)估計(jì)的年均水位與Hydroweb年均水位的變化趨勢(shì)一致，RMSE分別為0.13±0.06 m和0.07±0.04 m。

圖4 1992—2022年貝加爾湖水域年均水位變化

2.5 年均水位變化的空間異質(zhì)性

本文利用2018 年10 月—2021 年11 月貝加爾湖的ICESat-2衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)，借助流體靜力學(xué)平衡和湖區(qū)水位高度異常計(jì)算，得到2018—2021年貝加爾湖的年均水位變化率（圖5），可以看出，貝加爾湖水位變化存在空間異常和速率差異，湖區(qū)東段的年均水位上升趨勢(shì)明顯，湖區(qū)西段的年均水位上升較弱，主要是由于典型西北風(fēng)風(fēng)況下的水位變化和三維流場(chǎng)分布特征，湖區(qū)科氏力作用明顯，有增減水的現(xiàn)象，表層水流主流由北向南，橫剖面上存在順時(shí)針?lè)较虻拇瓜颦h(huán)流[22]。

圖5 2018—2021年貝加爾湖水域年均水位的變化率

3 結(jié)語(yǔ)

1）由于較大水域湖泊水位變化的隨機(jī)性、動(dòng)態(tài)性、空間異質(zhì)性和動(dòng)力學(xué)特征，使得在較長(zhǎng)時(shí)間尺度上同步觀測(cè)較困難，因此空間數(shù)據(jù)質(zhì)量和時(shí)間不連續(xù)一直是研究湖泊水文、流體動(dòng)力學(xué)特征的障礙。本文借助Hydroweb、水文站和ICESat-1、ICESat-2 星載測(cè)高儀資料快速重建了貝加爾湖水位變化序列，方法簡(jiǎn)單易行，不僅使衛(wèi)星測(cè)高數(shù)據(jù)在時(shí)間維度的變化表達(dá)可信度較高，而且在空間維度上從二維轉(zhuǎn)向三維，使高空間分辨率更加細(xì)化描述水位變化特征具有一定的可行性。

高管內(nèi)部薪酬差距、高管與員工薪酬差距與公司績(jī)效的關(guān)系 ………………………… 劉春旭，丁 鵬（5．22）

2）ICESat-1、ICESat-2測(cè)高數(shù)據(jù)在空間覆蓋代表性和水位估計(jì)精度方面能有效提取湖泊水位變化特征信息。與伊爾庫(kù)茨克水文站觀測(cè)的日均水位相比，ICESat-1、ICESat-2 測(cè)高數(shù)據(jù)估計(jì)的貝加爾湖水域日均水位的絕對(duì)RMSE 分別為0.18±0.08 m、0.08±0.06 m。

“兩個(gè)出剪刀的人當(dāng)中，有一個(gè)立刻意識(shí)到自己干了件超級(jí)大蠢事，當(dāng)下便說(shuō)他沒(méi)臉再待在心理社了，于是退社?！毙闵簩W(xué)姐說(shuō)。

積極落實(shí)地方機(jī)構(gòu)和編制，進(jìn)一步明確業(yè)務(wù)安全管理職責(zé)，開(kāi)展管理人員培訓(xùn)，加強(qiáng)安防系統(tǒng)建設(shè)，為現(xiàn)代化人影服務(wù)提供保障。

3）1992 年以來(lái)貝加爾湖的年均水位總體呈上升趨勢(shì)，且東部水域年均水位上升速率大于西部水域。1992—2022年年均水位上升了0.13±0.15 m，變化幅度小于1 m。此外，貝加爾湖的月均水位出現(xiàn)了3次較低水位：1997 年2 月的454.69 m、2016 年2 月的454.75 m、2018年4月的454.84 m。

4）貝加爾湖的日均和月均水位波動(dòng)在時(shí)間和空間上表現(xiàn)出異質(zhì)性，既有人類(lèi)活動(dòng)的干擾，也有自然氣候變化的影響。1992—2017年貝加爾湖的日均、月均水位波動(dòng)具有一定隨機(jī)性，而2018—2022年湖區(qū)的月均、年均水位波動(dòng)具有明顯的季節(jié)性和周期性，位于安加拉河上游的伊爾庫(kù)茨克水電站的水位調(diào)蓄作用使湖區(qū)水位的波動(dòng)幅度不大。