Mevsimsellik, göl yüzeyinde değişimlere hakim olur ve insan ikametgahına hizalanır

Göller, biyolojik çeşitliliği, iklim düzenlemesini, su kaynaklarını ve insan geçimlerini etkileyen Dünya'nın ekosistemlerinin ve hidrolojik döngülerin temel bileşenleridir.¹. Yüzey kapsamı-görünür, açık su alanı-habitat yerini belirlediği için özellikle önemlidir, su altında kalan ve açıkta kalan göl yatakları arasındaki geçişi etkiler ve genel su depolama kapasitesini kontrol eder. Bununla birlikte, göl dinamiklerini tam olarak anlamak, uzun vadeli eğilimler, interannual değişkenlik ve mevsimsel dalgalanmalar arasındaki karmaşık etkileşimler nedeniyle zorlayıcıdır. Tarihsel olarak, uydu gözlemleri bu dinamikleri kapsamlı bir şekilde yakalamak için mücadele etti, yeterli zamansal frekans veya uzamsal detaylardan yoksun^2,3. Bu, küresel göl dinamikleri hakkındaki bilgimizde kritik boşluklarla sonuçlandı.

Ekibimiz uzun zamandır dünya çapında göllerin karmaşık dinamiklerinden etkilendi. Araştırmamız, başlangıçta 21. yüzyılın başlarında büyük göllerin hızla genişlediği Tibet Platosu'na odaklanan kapsamlı saha keşifleri ve uydu analizleri ile başladı.⁴. Farklı bölgelerdeki zıt davranışları gözlemlemek-bazıları göller genişleyen, diğerleri küçülüyor ve bazıları, yoğun nüfuslu bölgelerde bulunan Çin'in Poyang Gölü gibi belirgin mevsimsel değişkenlik yaşıyor-kilit soruyu cevaplamaya çalıştık: “Göl yüzeyli-kapsamlı dinamikleri küresel ölçekte şekillendiren baskın faktörler nelerdir?”

Bu soruyu cevaplamak için Google Earth Engine gibi güçlü bulut bilişim platformlarından yararlandık⁵ve Tsinghua Üniversitesi'nde süper bilgisayar kaynakları. Yaklaşımımız, iki tamamlayıcı uydu veri kaynağının derin öğrenme tabanlı uzamsal füzyonunu içeriyordu: yüksek zamansal frekans ancak kaba uzamsal çözünürlük ve Landsat kaynaklı küresel yüzey suyu (GSW) içeren MODIS² Veri kümesi, ayrıntılı uzamsal çözünürlük sağlayan ancak sınırlı zamansal kapsam. Spesifik olarak, uzamsal bir dikkat mekanizması ile geliştirilmiş bir U-NET modeli geliştirdik, uzamsal füzyon ve çıktı, sürekli aylık göl yüzeyi kapsam haritalarını ince bir uzamsal çözünürlükte (30 m) uygulamak için eğittik.

Ortaya çıkan veri kümemiz, önceki yöntemler üzerinde önemli ölçüde gelişti ve GSW gibi tek kaynaklı veri kümelerinde bulunan veri boşluklarını etkili bir şekilde ele aldı. GSW'nin küresel göllerde yaklaşık% 34'lük bir veri oranına sahipken, spatiotemporal füzyon yöntemimiz bu eksik oranı yaklaşık% 1'e düşürerek neredeyse tam kapsama alanı sağladı. Veri kümemiz GSW veri kümesine karşı valide edildi ve medyan kullanıcı ve üreticinin sırasıyla% 93 ve% 96 doğrulukları elde etti. Ayrıca, Tibet Platosu'ndaki 47 büyük göl için altimetri bazlı su seviyelerine doğru doğrulama, sonuçlarımızın sağlamlığını doğrulayarak 0.92 güçlü bir medyan Spearman korelasyon katsayısı gösterdi. Bu ilerlemeler, uydu gözlemlerinde uzamsal ve zamansal çözünürlük arasındaki uzun süredir devam eden ödünleşmelerin üstesinden gelerek, eşi görülmemiş derecede doğru ve geçici olarak tutarlı bir küresel göl yüzeyli veri kümesi sunmaktadır.

Bulgularımız açık bir küresel modeli vurgulamaktadır: mevsimsellik, uzun vadeli eğilimlerin büyüklüğünü ve interannual değişkenliği aşan göl yüzeyi kapsam dinamiklerini yönlendiren birincil faktördür. Toplam göl alanının yaklaşık% 66'sını oluşturan dünya çapında göllerin yaklaşık% 60'ı ağırlıklı olarak mevsimsel varyasyonlardan etkilenmektedir. Bu mevsimsel hakimiyet, çeşitli göl boyutlarında ve coğrafi yerlerde belirgindir, bu da göllerin dünya çapında hidrolojik ve ekolojik özelliklerini şekillendirmedeki temel rolünü gösterir.

Ayrıca göllerin mevsimsel dinamikler ve yüksek insan nüfus yoğunluğuna sahip alanların egemen olduğu bölgeler arasında dikkate değer bir mekansal korelasyon gözlemledik. Küresel nüfusun% 90'ından fazlası, göllerin yarısından fazlasının mevsimselliğin egemen olduğu havzalarda bulunur ve% 50'den fazlası Göllerin mevsimselliğinin mevsimsel olmayan varyasyonlarından en az iki kat daha güçlü olduğu alanlarda yaşar. Bu ilişki, etkili su kaynakları yönetimi ve ekosistem koruma önlemlerinin gerekliliğini vurgulayarak insan faaliyetleri ile göl mevsimselliği arasındaki önemli bağlantıları vurgulamaktadır. Ek olarak, çalışmamız, mevsimselliğe bağlı aşırı uçların-uzun vadeli değişiklikleri önemli ölçüde yoğunlaştırabilir veya dengeleyebilen gölge süreli ancak önemli ölçüde genişlemeler veya kasılmaların (göl yüzeylerinin kasılmaları) önemli etkilerini tanımlamaktadır. Dolayısıyla bu aşırı uçların izlenmesi, ekosistem istikrarı, biyolojik çeşitlilik ve sürdürülebilir su mevcudiyetinin yanı sıra iklim adaptasyon planlamasının korunması için çok önemlidir.

İleriye baktığımızda, daha fazla arıtma için umut verici bir potansiyel var. Aylık buz örtüsü haritaları gibi ek yüksek kaliteli verilerin dahil edilmesi, simülasyon tabanlı post-işlemlere dayanmak yerine dondurulmuş koşulları doğrudan tanımlamasına izin vererek model doğruluğunu artıracaktır. Gelecekteki çalışmalar ayrıca bitki örtüsüne nüfuz edebilen ve şu anda optik görüntülerde gizlenmiş gölgelik altında göl yüzeyine içgörü sunabilen mikrodalga uzaktan algılama verilerini entegre etmelidir.⁶. Belki de en iddialı bir şekilde, bu araştırmayı daha yüksek kaliteli bir batimetri veri kümesi gerektiren su depolama dinamiklerini ölçmek için genişletmek, küresel olarak göl dinamikleri hakkında daha da zengin bir anlayış sağlayacak ve gelişmiş ekolojik yönetim ve iklim adaptasyon stratejileri için zemin hazırlayacaktır.

Referanslar

1. Lehner, B., Mesaj, ML, Korver, Mc & Linke, S. Yüksek uzamsal çözünürlükte küresel hidro-çevre göl özellikleri. SCI verileri 9351 (2022).
2. Pekel, J.-F., Cottam, A., Gorelick, N. & Belward, küresel yüzey suyunun yüksek çözünürlüklü haritalaması ve uzun vadeli değişiklikleri. Doğa 540418–422 (2016).
3. Klein, I. ve ark. Global Waterpack – Global yüzey suyunun son 20 yılda günlük zamansal çözünürlükte geliştirilmesi. SCI verileri 11472 (2024).
4. Li, X. ve ark. 2000-2017 döneminde Tibet Platosundaki göller için yüksek zamansal çözünürlüklü su seviyesi ve depolama değiştirme veri setleri ve Landsat kaynaklı göl kıyı pozisyonları kullanarak veri setleri. Earth Syst. Sci. Veri 111603-1627 (2019).
5. Gorelick, N. ve ark. Google Earth Engine: Herkes için gezegensel ölçekli jeo-uzamsal analiz. Çevrenin uzaktan algılanması 20218–27 (2017).
6. Prigent, C., Jimenez, C. & Bousquet, P. Son 25 yılda uydu türevi küresel yüzey suyu kapsamı ve dinamikleri (GIEMS-2). Jeofizik Araştırma Dergisi: Atmosferler 125E2019JD030711 (2020).