东京大学研究生院工学系研究科社会基盘学专业的石川悠生博士研究生（研究期间）与生产技术研究所的山崎大副教授等人的研究团队，利用可从卫星观测数据推定河川流量的新方法（卫星观测流量），将其应用于中国黄河的主要干流区域，明确了可从太空捕捉人类活动引起的河流流量变化。相关研究成果已发表在期刊《Geophysical Research Letters》上。
图1：卫星观测的黄河主河道流量空间变化（供图：东京大学）
（a）668个独立河道段的流量估算值（浅蓝色虚线）及其区间回归（深蓝色虚线）。灰色竖线表示与主要支流的汇合处（标注“C”），可见所有汇合点的流量均有所增加（“C”下方数字为流量增加量[m³/s]）。区间回归线与上游区域用“×”标注的实地观测流量值趋势尤为吻合，这些区域正是目前灌溉活动密集开展的地区；（b）回归区间内河川流量变化量的趋势。
在实地流量观测受限的流域，要掌握从流域上游到下游究竟何处产生了此类人类活动的影响并非易事。卫星遥感可作为解决这类空间性制约的手段，但传统卫星虽能够观测地表，却难以观测需要水下信息的河流流量。
近年来，一种前瞻性考虑SWOT卫星二维水面高程数据应用、仅利用卫星观测数据即可估算河川流量的方法（卫星观测流量）被开发出来。然而，以往关于卫星观测流量的研究侧重于与实地观测数据对比的时间序列评估，至于能否检测出人类活动引起的河川流量变动仍是未知数。
此次研究团队着眼于该方法无需使用地面观测数据即可实现广域流量估算的优势，基于从“Landsat”卫星图像中提取的河道宽度，尝试对黄河主河道从上游至下游连续的668个点位进行流量估算。
结果显示，该方法成功估算出了合理的河川流量空间分布；上游区域特定区间内卫星观测流量的变化趋势与实地观测数据吻合，尤其在灌溉密集地区明确确认了流量减少趋势。此外，在与主要支流汇合点也观察到卫星流量数据的增加。这些结果提示，卫星观测流量能够掌握人为因素与自然因素共同引起的流量变动。
研究还发现，即便是在卫星观测流量的初步估算中，通过模拟性考虑人为活动产生的取水影响，也能抑制在人类活动影响集中显现的下游区域中的流量过大估计，从而提高卫星观测流量的整体估算精度。另一方面，研究还确认在像黄河下游这样由堤防导致河道宽度变化受限的区间，基于河道宽度的卫星观测流量估算难以捕捉空间上的流量变化，因此目前正在探讨今后除河道宽度外，还将充分利用可观测水面高程的SWOT卫星数据。
此次发现表明，利用卫星数据能够掌握全球河流的人类活动影响。这将有望成为掌握世界各地水资源利用实际情况、评估水资源及农业可持续性的基础。此外，该发现还有望为缺乏实地观测的发展中国家及山区等流域制定河流洪水防治与水资源管理及生态系统影响监测相关的规划与政策提供帮助。
石川悠生表示：“当了解到仅利用卫星观测数据就能估算流量的先进方法时，我便萌生了能否运用该方法捕捉我本就关心的人类活动对河流产生的影响。虽然当今处于数据爆炸时代，但水文观测数据完备的流域仍占少数，因此我认为，能够掌握未观测流域中人为因素对河流的影响具有重要价值。今后，我们将运用新近可利用的SWOT卫星数据，旨在从太空揭示全球的人类社会与陆地水循环的相互作用。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Geophysical Research Letters
论文：Evaluation of a Width-Based Satellite Discharge Algorithm for Detecting Longitudinal Flow Changes in a Human-Regulated Continental River Basin
DOI：10.1029/2024GL114191
