遥感径流反演研究进展

径流的组成、形成和演变是“西南径流重大计划”关注的核心问题，也是本项目的核心研究内容。本项目采用多源(光学、雷达)遥感(卫星、无人机等)的方式，结合河流断面等部分地面参考信息，反演雅江河流水位、河宽等径流要素，构建河道径流量估算模型，从而通过遥感的方式估算雅江关键断面的径流量，为“西南径流重大计划”核心科学问题的解答提供基础信息和数据。本部分研究进展包括3个部分：(1)雅江关键断面径流观测实验；(2)测高卫星河流水位反演；(3)遥感径流估算模型构建。

(1)野外观测实验一览表

(2)测高卫星河流水位反演

    卫星测高是一种大地测量技术，其原理主要是利用搭载在卫星上的微波(激光)雷达测高仪、辐射计和合成孔径雷达等仪器，实时地测量卫星到海面的距离以及其他变量比如有效波高、后向散射系数以及波形等。然而，跟亚马逊、长江等大河(河宽长达数公里)相比，雅江河道比较狭窄(绝大部分区域不超过400米)，卫星信号容易受到陆地的干扰，导致雷达回波波形受到污染而扭曲，其表现为波形不再服从海洋模式(Brown 模型)，而是单波峰或者带有子波形的波形(即波形中具有多个前缘的波形)。获取更加准确的水位需要对雷达回波波形进行重定。本研究开发了新型校正算法TIC，提高了测高雷达在山区河流应用的精度和普适性，其流程图如下：

    另一方面，我们优化测高点足迹的提取方案，扩大了可用测高足迹的范围，更高效地利用了测高遥感信息，足迹筛选的示意图如下：

(3)河道径流估算模型

遥感径流估算模型的建立需要对河道断面、河宽和水位等基本水文要素有比较全面的了解。通过2016年和2017年连续两年的野外观测实验以及对遥感产品的分析，项目组对奴下河道断面的水文要素有了清晰的认识，比如：(1)奴下站的河道多为三角形(图 21)；(2)河宽比较狭窄(不超过400米)；(3)可用的测高平台主要为Jason2、3等。目前计算河道径流量的公式中，曼宁公式是最常见的水力学公式之一(公式(18))，其利用河宽、水深、河流坡度、糙率等计算河道径流量，其中河宽和水深便于使用遥感手段获取；坡度和糙率较难使用遥感准确测量。因此，如何从曼宁公式中推导出只用河宽和水深计算河道径流量的方法是遥感反演径流量的关键。我们基于曼宁公式进行系列公式推导，概括了不同断面的径流量反演方法，提出了具有推广性的公式，可使用多源卫星数据进行径流量反演和河道形态识别，从而更好地监测雅江径流及其演变。

本研究中运用河宽反演径流的结果如下图所示:

该部分的研究成果发表在在遥感领域影响因子多年排名第一的期刊Remote Sensing of Environment: Huang, Q., *Long, D., Du, M., Zeng, C., Qiao, G., Li, X., ... & Hong, Y. (2018). Discharge estimation in high-mountain regions with improved methods using multisource remote sensing: A case study of the Upper Brahmaputra River. Remote sensing of environment, 219, 115-134 (IF=8.218)。