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湖泊是地表特殊的内陆水体,是人类生存和发展密切相关的重要自然资源。我国湖泊多,分布范围广,按照地理分布可分为东部平原湖区、东北平原湖区、蒙新高原湖区、青藏高原湖区和云贵高原湖区五大区域。随着人口数量的增长、城市化范围不断扩张、人类活动日益增强,加之全球气候变暖的影响,湖泊生态系统承受的压力日趋加剧。湖泊富营养化、水华频发,大量生长的藻类颗粒物以及其他水生生物改变水下光场,透明度降低,导致湖泊生态服务功能下降。因此,加强对湖泊生态系统的监测对管理者制定水质治理决策有重要的意义。本文基于Sentine-2 MSI遥感卫星影像大气校正后的归一化离水反射率产品,结合经验算法构建湖泊透明度反演模型,对中国面积1 km~2以上湖泊2020年秋季的透明度进行了反演,并探究了湖泊透明度空间格局差异的驱动性机制。主要结论如下:(1)基于2017-2019年63次野外采样获得431个水体样品实验数据,湖泊透明度呈现出明显的季节性差异。从春季到秋季,湖泊透明度不断升高,到冬季透明度降低。春季透明度最低,秋季透明度最高。从空间分布上来看,湖泊透明度由西向东逐步降低,青藏高原湖区透明度较高,东北平原湖区透明度最低,湖区透明度依次为青藏高原湖区>蒙新高原湖区>东部平原湖区>东北平原湖区。(2)基于431个水体样品水质参数数据间及其与透明度的相关性分析,东北平原湖区,影响湖泊透明度的主要原因是水体浊度与非色素颗粒物;人类活动和湖泊营养盐输入是东部平原湖区湖泊透明度变化的主要因素;工业和农业等人为活动造成的湖泊面源污染和气候干燥,是造成蒙新高原湖泊透明度变化的主要因素;青藏高原湖区湖泊电导率高,水体中溶解性离子浓度较高,营养盐的输入引起湖泊中浮游植物结构改变,进一步影响了湖泊营养程度。(3)以C2RCC大气校正后的Sentinel-2 MSI归一化离水反射率影像产品作为经验模型的基础,可与实测透明度之间建立良好的回归关系。模型校正组精度为0.83(N=287,RMSE=0.46 m,MAE=0.36 m),验证组精度为0.72(N=144,RMSE=0.62 m,MAE=0.49 m),精度较高。因此,本经验模型和Sentinel-2 MSI影像产品吻合效果较好,可用于大尺度区域透明度反演研究。(4)基于经验模型的2020年秋季中国湖泊透明度区域分布反演结果显示,全国透明度在0-0.50m、0.50-1.00m、1.00-2.00m和2.00-4.00m分级下的湖泊比例分别为44.33%、17.09%、16.02%和18.24%,透明度达到4.00m以上的湖泊只占全国所有面积1 km~2以上湖泊的0.04%。湖区内透明度依次为青藏高原湖区>云贵高原湖区>蒙新高原湖区>东部平原湖区>东北平原湖区。(5)2015年和2020年5个典型湖泊秋季透明度反演结果表明,这5个典型湖泊透明度在0-8.00m范围内。青藏高原湖区青海湖透明度最高,东北平原湖区兴凯湖透明度最低。博斯腾湖、兴凯湖和洪泽湖透明度年际变化相对较显著。2015年到2020年,蒙新高原湖区博斯腾湖和云贵高原湖区洱海透明度明显升高。(6)基于2020年秋季中国湖泊透明度区域分布反演结果的中国湖泊营养状态统计数据表明,2020年全国有44.33%的湖泊处于重度富营养化状态,约有17.09%的湖泊处于中度富营养化状态,16.02%的湖泊处于轻度富营养化,22.47%的湖泊处于中营养状态,只统计到了2个湖泊为贫营养化状态。五大湖区卡尔森营养状态指数(TSI,Trophic Status Index)计算结果依次为东北平原湖区>东部平原湖区>蒙新高原湖区>云贵高原湖区>青藏高原湖区。(7)基于湖泊水文属性(湖泊面积、湖泊体积和湖泊平均深度)、气象因素(年均降水量、年均风速和年均气温)和社会经济因素(人口空间分布,国内生产总值)对湖泊透明度变化驱动因素进行分析结果表明,在所研究的湖泊水文属性指标中,湖泊库容与透明度变化显著性正相关,湖泊库容越大,透明度越高;自然因素中,海拔高度与湖泊透明度呈现较为显著的正相关性,湖泊海拔越高,透明度越高;经济人为因素中,人口空间分布情况和GDP空间分布情况与湖泊透明度之间未呈现出较强的相关性。综上所述,Sentinel-2 MSI影像结合经验模型可实现大尺度区域透明度反演,结果具有参考价值。中国湖泊透明度呈现出明显的季节性差异,湖泊透明度由西向东逐步降低。湖泊库容和湖泊海拔高度是造成透明度差异的主要原因。全国约有80%湖泊处于不同程度的富营养状态,水生态环境问题仍不容小觑。