【摘 要】
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水是万物赖以生存和发展的必备资源,湖泊水循环是全球水循环的重要组成部分。随着全球水资源匮乏问题的逐渐暴露,有关于水循环平衡以及如何高效监测水资源变化研究愈发重要。传统的水文站监测手段由于测量站点有限、测站分布不均匀及资料获取不充分等缺点,愈发不能满足当今社会实时、全天候、高精度、高分辨率、可持续的水位监测要求。卫星测高技术以及GRACE（Gravity Recovery and Climate E
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水是万物赖以生存和发展的必备资源,湖泊水循环是全球水循环的重要组成部分。随着全球水资源匮乏问题的逐渐暴露,有关于水循环平衡以及如何高效监测水资源变化研究愈发重要。传统的水文站监测手段由于测量站点有限、测站分布不均匀及资料获取不充分等缺点,愈发不能满足当今社会实时、全天候、高精度、高分辨率、可持续的水位监测要求。卫星测高技术以及GRACE（Gravity Recovery and Climate Experiment）卫星的出现和发展提供了两种崭新的全球水资源变化监测手段,可以满足当下水资源监测需要。里海是世界第一大内陆水体,同时兼具海洋和湖泊的特征,它包含有丰富的矿产资源,对于打造安全、可靠及多元化的中国新能源通道意义非凡,里海地区在中国的对外战略中占据重要地位,监测里海水位变化具有重要的现实意义。里海地区有多颗测高卫星覆盖,且流域面积远大于GRACE卫星空间分辨率（～300 km）,能够被GRACE卫星探测到其质量迁移动态,联合卫星测高和卫星重力数据监测里海水位变化具有可行性。本文主要工作具体如下:利用2002～2020年的Jason-1/2/3三颗测高卫星星载传感器地球物理数据记录（Sensor Geophysical Data Record,SGDR）重构里海平均海面高模型以及长期水位变化时间序列。在进行波形重定之前,应用经验模态分解法（Empirical Mode Decomposition,EMD）、奇异谱分析法（Singular Spectrum Analysis,SSA）方法及EMD和SSA组合去噪方法去除测高波形数据噪声。本文首次将组合去噪方法用于测高波形去噪,结果表明,组合方法去噪效果优于EMD、SSA单独去噪效果。波形去噪处理后结合50%阈值波形重定算法对里海水位高进行距离改正,研究结果表明组合去噪方法结合50%阈值重定算法解算所得里海总海平面变化趋势与Hydroweb最为接近,分别为-7.40±0.34 cm/yr和-7.33±0.32 cm/yr,这说明使用组合去噪方法计算得到的里海水位变化序列和平均海面高模型优于其他几种方法。利用GRACE/GRACE-FO RL06 2002～2020年数据并基于附有约束正向建模方法（Forward Modeling,FM）反演里海陆地水储量变化,探测到里海陆地水储量在2002～2006年呈现上升趋势,变化速率为9.77±1.31 cm/yr;2006～2020年呈现下降趋势,变化速率为-8.98±0.34 cm/yr;总体呈现下降趋势,变化速率为-7.65±0.38 cm/yr。基于CSR MASCON数据进行里海边界外扩200 km并结合NOAH水文模型数据改正泄漏误差,解算得到的里海陆地水储量在2002～2006年呈现上升趋势,2006～2020年呈现下降趋势,总体呈现下降趋势,变化速率为-8.02±0.41 cm/yr。基于Argo数据产品资料估算了里海比容海平面变化,时间序列拟合结果表明比容海平面呈现上升趋势,上升速率为+0.45 mm/yr,对比GRACE和卫星测高结果显示“CSR MASCON（200 km）+温盐”解算的总海平面变化和Hydroweb最为接近,相关系数高达0.9854。详细分析了蒸发、降水、径流量对于里海水位的贡献,得出了贡献率:蒸发大于径流,径流大于降水的结论,其中蒸发贡献为-77.41 cm/yr,模拟径流贡献为+43.66 cm/yr,降水贡献为+27.82 cm/yr,里海总体呈现-5.93 cm/yr的下降趋势,与Hydroweb和EMD+SSA+50%阈值解算的总海平面-7.33±0.32 cm/yr和-7.40±0.34 cm/yr的下降趋势相当。将2002～2006年单独分析,蒸发对里海贡献约为-75.92 cm,径流对于里海水位贡献约为+49.31 cm,降水对于里海水位贡献约为+29.32 cm,估算所得里海水位变化约为+2.71cm/yr,里海水位在2002～2006年呈现增长趋势,与GRACE探测到的陆地水储量变化趋势一致,其增长主要原因是里海径流量变大。纵观里海2002～2020年长期时间序列,三个因素里面,蒸发量占据了里海水位变化的主体部分,里海蒸发量过大（入不敷出）是近年来里海水位下降的主要原因。
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