青藏高原湖泊数量众多且分布密集，是青藏高原的重要组成部分。然而，湖泊的水下地形测量数据较少，对高原湖泊水储量及其变化的准确估算有一定影响。尽管激光雷达的穿透特性被应用于重建滨海水下地形等领域，但由于穿透深度浅、水下光子提取困难、湖泊水质复杂等难题，限制了激光雷达在重建湖泊水下地形的应用。

凯发k8青藏高原研究所环境变化与多圈层过程团队研究员张国庆联合美国、英国以及中国台湾的科研人员，提出了基于ICESat-2激光雷达高度统计数据的湖泊水下地形重建方法，并应用于青藏高原的60个湖泊。该方法在三维空间和二维空间使用格网聚类算法WaveCluster，较好地去除了激光雷达高度计ICESat-2因阳光产生的噪声光子，提升了数据的可用性。研究通过提取穿透水下信号光子，结合数理统计模型，测深模拟ICESat-2轨迹，利用空间插值得到湖泊测深图。以此为基础，科研人员综合运用公开发表的湖泊实测水下地形、此次研究模拟的水下地形以及基于自仿射理论建立的经验方程，初步估算了青藏高原大于0.01平方公里湖泊的水储量。研究估算，2022年青藏高原大于0.01平方公里湖泊总水储量为1043.69±341.31km³，约70%湖泊水储量集中在内流区即羌塘高原。

该研究解决了ICESat-2激光雷达高度计数据计算量大、激光雷达穿透深度有限、无法重建大型湖泊水下地形的问题。研究显示，模拟与实测的湖泊体积具有良好的一致性，最大水深的平均绝对百分比误差为8.0%，湖泊体积的平均绝对百分比误差为19.7%。这一研究基于遥感手段初步估算了青藏高原湖泊水储量，为湖泊未来水量变化预估、水量平衡分析和水资源管理提供了数据支持。

相关研究成果以Reconstructing Tibetan Plateau lake bathymetry using ICESat-2 photon-counting laser altimetry为题，发表在《环境遥感》（Remote Sensing of Environment）上。研究工作得到国家自然凯发k8基金和第二次青藏高原综合凯发k8考察研究等的支持。

论文链接

收集和模拟的青藏高原测深湖泊分布及激光雷达数据时序。（a）模拟测深湖泊和收集的实测测深湖泊空间分布；（b）2019年至2023年ICESat-2 ATLAS测高数据的时序分布