基于风驱扰动与温度依赖动力学耦合的浅湖沉积物内源磷释放遥感估算框架——以巢湖为例

《Scientific Reports》：Wind-driven sediment disturbance controls basin-scale internal phosphorus loading in Lake Chaohu: a remote sensing—constrained framework

　　

摘要

浅湖中沉积物的内源磷释放受水动力扰动和温度依赖的生物地球化学过程强烈调控，然而由于观测数据有限和尺度转换的不确定性，流域尺度的定量研究仍受到制约。本文针对中国巢湖，开发并评估了一种水文-生物地球化学框架，通过耦合风驱沉积物扰动与温度依赖的生物地球化学动力学，并利用Sentinel-2卫星观测约束空间扰动响应。一种由原位观测和卫星观测推导出的多元扰动函数（Ψ），用于表征风强迫下沉积物再悬浮的空间变异性，并结合剪切应力归一化的通量公式重构了每日磷酸盐释放速率。在巢湖的应用中，该框架与观测约束的沉积物磷酸盐释放估计值吻合良好（k = 0.81，R² = 0.82），同时捕捉到了季节性变化和偶发性风驱波动。重构的释放模式在湖区西部、中部和东部保持一致，支持了该框架在巢湖内进行区域尺度估算的应用。研究结果表明，可将气象强迫、沉积物扰动和温度依赖过程与卫星观测相结合，以在时间和空间上扩展实验约束的沉积物磷酸盐释放估计。未来需要在具有不同沉积物和光学特性的湖泊之间进行进一步评估，以确定该框架的更广泛应用范围。