基于计算机视觉的新型系统监测热带水域的季节性动态

由于气候变化，了解全球水体的流动和变化方式比以往任何时候都更加重要，但监测热带内陆水体并不容易。大多数卫星都是光学卫星，只能拍摄表面照片。它们无法看透厚厚的云层和茂密的植被，而这些云层和植被掩盖了下方的河流、湖泊和湿地。

现在，由加州大学伯克利分校研究人员领导的团队开发出了一种绘制热带陆地水体地图的新方法。这项先进的监测技术被称为加州大学伯克利分校随机游走算法 WaterMask (Berkeley-RWAWC)，它使用来自 Cyclone 全球导航卫星系统 (CYGNSS) 的 L 波段微波来“看到”隐藏在树冠和云层等视觉障碍之下的水。它还结合了一种计算机视觉算法，该算法与 CYGNSS 数据配合使用，以区分陆地和水。

在最近发表在《水资源研究》上的一项研究中，研究人员使用 Berkeley-RWAWC(发音类似“rock”)绘制了北纬 37.4° 至南纬 37.4° 范围内水体的详细月度地图，显示了水的位置及其随时间的变化。他们的研究结果更清楚地描绘了这些地区的季节性水动态。

“利用伯克利 RWAWC，我们可以更好地了解热带水域的季节性和年度变化，”这项研究的第一作者、土木与环境工程系博士生 Tianjiao Pu 说道。“月度地图为这些重要生态系统提供了新的见解，有助于缩小热带水域监测方面的差距。”

普表示，伯克利-RWAWC 提供的数据对热带地区的居民尤其重要。这些社区往往受气候变化的影响最大，需要帮助预防和应对洪水和干旱。

她说：“通过了解水分布的动态，我们可以更好地应对气候变化带来的挑战，保护自然生态系统并支持依赖它们生活的社区。”

研究人员旨在帮助这些社区的一种方法是利用伯克利-RWAWC 跟踪洪水以改进水文模型。“例如，南苏丹的苏德湿地连续数年遭受灾难性的洪水侵袭，导致一百多万离失所，使该地区本已严峻的形势雪上加霜，”该研究的首席研究员、土木与环境工程教授辛西娅·格莱因-萨夫迪 (Cynthia Gerlein-Safdi) 说。

“该地区洪水的改进地图可以为下一次洪水来临之前提供人道主义援助提供新的工具。”

Berkeley-RWAWC 还可用于模拟热带湿地的温室气体排放。根据 Gerlein-Safdi 的说法，这些湿地是甲烷的天然排放源，但随着气候变化导致地球变暖，湿地开始排放越来越多的甲烷，形成一个正反馈循环。

她说：“伯克利 RWAWC 改进了这些湿地位置和面积的测绘，使其他科学家能够预测这些湿地的变化轨迹以及随着气候变暖它们的甲烷排放量。”

目前，伯克利 RWAWC 已揭示了水动力学中明显的季节性模式，并为研究人员提供了对热带地区与水相关的主题的更深入了解。有了这些信息，他们可以设计出改进洪水预测、水资源管理和气候变化缓解策略的方法。

“通过揭示这些模式，我们的工作增强了我们监测和应对热带环境变化的能力，”Gerlein-Safdi 说。