近日，《自然·可持续发展》（Nature Sustainability，IF=26.2）在线发表武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室田礼乔教授课题组关于全球河流泥沙浓度和通量遥感研究成果。论文题为“Changes in global fluvial sediment concentrations and fluxes between 1985 and 2020”（1985-2020年全球河流泥沙浓度与通量变化）。测绘遥感信息工程国家重点实验室2020级博士研究生孙相晗、田礼乔教授为共同第一作者，南方科技大学冯炼教授为通讯作者。

河流是地球表层系统的关键功能单元，河流输沙是陆海物质交换以及地球化学循环的重要路径。河流悬浮泥沙浓度及入海通量变化对河口三角洲系统的长期可持续性有深远影响，同时也影响着全球生物地球化学循环。然而，受观测手段的局限，至今尚缺乏全球尺度下完整的河流输沙及入海通量的定量评估。

研究团队将Landsat-4/5/7卫星长时序（1985~2020年）遥感观测数据与大量地面实测数据结合，建立了稳健的悬浮泥沙浓度遥感反演模型，并生成了近40年全球河流悬浮泥沙浓度长时序数据集。通过量化全球6000余个河段的悬浮泥沙浓度，追溯416个大型河口的入海泥沙通量时序动态过程，研究揭示了近40年来全球河流悬浮泥沙的变化趋势：全球67.8%的河段悬浮泥沙浓度发生了显著变化（P<0.05），其中43.4%呈现升高趋势，24.4%呈现下降趋势。全球河流悬浮泥沙浓度平均每年升高1.05 mg/L，进而使得河流年平均入海泥沙通量从1985~2000到2011~2020净增0.58 Gt/year。

图1 全球河流悬浮泥沙浓度变化趋势（1985~2020）

悬浮泥沙浓度显著升高的区域集中在亚马逊流域、泛北极圈、青藏高原地区以及中非地区。其中，亚马逊河的入海泥沙增加量贡献了全球总增量的25%。悬浮泥沙浓度明显下降的区域分布于东亚、欧洲多瑙河流域、北美密西西比河流域、南美巴拉那河流域以及南非奥兰治河流域。研究还发现，同一流域的河流泥沙变化可能出现相反趋势。例如，亚洲的三条大河：长江、黄河、湄公河，其上游呈现悬浮泥沙浓度显著上升趋势，而中下游呈显著下降趋势。

图2 全球大型河流入海泥沙通量变化（1985~2020）

研究对悬浮泥沙浓度变化因素进行了分析。利用卫星遥感获取的时序悬浮泥沙浓度数据，确定了1057个大坝的蓄水时间并定量评估了其拦沙效率，在此基础上进一步揭示了大坝拦截对河流悬浮泥沙浓度存在着显著影响。研究同时揭示了悬浮泥沙浓度的升高与区域降雨侵蚀力增加、土壤侵蚀增强等过程的时空互动关系。此外分析表明，泛北极圈、青藏高原等高寒地区的河流输沙显著升高与气候变暖下冰川、冻土融化具有潜在联系。

图3河流悬浮泥沙浓度变化的关键影响因素分析。（a）基于遥感悬浮泥沙浓度时序数据估算的大坝拦沙率；（b）河流悬浮泥沙浓度对气候变化的敏感性；（c）降雨侵蚀力、地表覆盖变化对河流悬浮泥沙浓度的影响。

本论文生成的长时序历史数据集为回顾分析河流关键生地化过程提供了重要信息，弥补了高纬度、高寒等区域河流泥沙资料的空白。

研究联合英国、新加坡等国学者开展，亦得到武汉大学李德仁院士指导，受到国家重点研发计划重大科研项目、国家自然科学基金、测绘遥感信息工程国家重点实验室自主课题（重点攻关类）等项目的联合资助。

田礼乔教授，现为武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室遥感信息处理研究室副主任，湖北省仪器仪表学会第九届理事会理事，数字湿地专业委员会委员，《遥感学报》编委。长期从事水色遥感应用及观测装备研究。近年来，重点围绕水环境遥感现场装备研发与组网观测、卫星水色遥感大数据智能处理分析、典型场景星-机-地一体化水环境监测预警应用，主持国家自然科学基金4项，重点研发课题/子课题4项，省部级项目20余项，在《Remote sensing and Environment》、《ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing》等国际知名期刊发表SCI论文50余篇，获批光学装备研制专利15项，软件著作权9项，省部级一等奖5项，二等奖1项。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41893-024-01476-7

田礼乔教授课题组：水体光学装备研发与遥感研究团队（WATERS）网址：/whu/mu_lmars/mu_www/prof_web/tianliqiao/index.html