当前气候变暖趋势加剧，导致极端事件频发，特别是夏季极端高温事件的频率和强度不断增加。高温影响降水的时空平稳性，降水不足时易诱发气象干旱，而水资源补给不足则会提高地表水体的蒸发速率，导致水面缩减和水文干旱事件的发生，从而威胁水资源安全。另一方面，气温升高会使大气中水汽含量增加，促进降水事件的发生，有利于水资源储量的增加。
内陆水体作为水资源的重要组成部分，包括江河、湖泊、水库和池塘等流动性水体，不仅与人类生活和社会发展等密切相关，也深受气候变化的影响。因此，在极端高温事件频发的背景下，关注内陆水体面积（Inland Water Area, IWA）对高温的响应尤为必要。
本文旨在：① 基于Google Earth Engine(GEE)平台，利用多源地物分类数据集并结合水体指数，构建自动化获取水体与非水体样本集的方法；② 基于该水体识别方案提取陕西省2016—2022年夏季内陆水体，并揭示县域尺度内陆水体面积的时空变化特征；③ 通过估算陕西省夏季逐日近地表气温最高值，衡量高温与水体面积的时空关联性。
陕西省包含有107个县域单元，地势特点呈南北高，中间低，由此划分为陕北、关中与陕南3个地区。省内湖泊分布稀少，但地跨黄河、长江两大流域，河流分布数量较多。陕北、关中地区均与黄河中游段相邻；陕南地区兼跨长江支流。
陕西省南北气候差异大，从东南部湿润地区过渡到西北部干旱地区。随着气候变暖显著增强，省内夏季高温天气频发，其影响强度高、范围大，造成旱涝事件多发，伏旱严重，对内陆水体变化产生不可忽视的影响。
图1 陕西省概况及气象站点空间分布
表1 数据的详细信息介绍及其用途
| 数据集 | 时间范围 | 时空分辨率 | 用途 |
|---|---|---|---|
| Sentinel-1 GRD | 2016—2022年6—8月 | 6 d/10 m | 内陆水体识别 |
| Sentinel-2 TOA | 2016—2022年6—8月 | 5 d/10 m | 样本点构建与内陆水体识别 |
| 陕西省地面气象站数据 | 2016—2022年6—8月 | 1 d/- | 逐日近地表气温最高值估算 |
| MOD13A2 | 2016—2022年6—8月 | 16 d/1 km | 自然因子交互作用影响分析 |
图2 本文的技术路线图
本文基于发展的内陆水体识别方案，识别了陕西省2016—2022年夏季（6—8月）内陆水体。现有的地物分类数据集具有较高的精度，且尽可能地呈现了年际内不易突变的地物，内陆水体作为永久性存在的地物类型之一，结合地物分类数据集来获取水体与非水体样本，不仅具有一定的时效性与可靠性，而且避免了构建样本集耗时耗力的局限性。
对Sentinel-1数据的VV、VH极化波段进行滤波平滑处理，再计算Sentinle-1双极化水体指数SDWI(Sentinel-1 Dual-polarized Water Index)，得到水体与非水体的二值图。SDWI的计算公式如下：
SDWI = ln(10∙VV∙VH - 8)
结合Google Earth历史影像目视解译随机抽取的样本点，对陕西省内陆水体识别的精度评价结果如表3所示，总体识别精度的平均值为0.967，Kappa系数均值为0.924，表明本文所提出的内陆水体识别方案具有较高的可靠性。
表2 水体识别精度评价
| 年份 | 样本数(水体:非水体) | 生产精度(PA) | 用户精度(UA) | 总体精度(OA) | Kappa系数 |
|---|---|---|---|---|---|
| 2016 | 350:850 | 0.917 | 0.967 | 0.967 | 0.918 |
| 2022 | 345:855 | 0.852 | 0.979 | 0.952 | 0.880 |
本文基于发展的内陆水体识别方案，识别了陕西省2016—2022年夏季（6—8月）内陆水体。当前，欧盟委员会联合研究中心研发的全球地表水体数据集(Global Surface Water Dataset, GSWD)以较高空间尺度(30 m)记录了每月全球水体范围。
图3 2021年陕西省部分内陆水体类型的空间细节及本研究与GSWD的比较结果
与标准假彩色合成显示的Sentinel-2影像对比，本文提取的宽阔型内陆水体边界平滑，且位于山地间的河流以及细小型内陆水体均能够清晰呈现，如平原上的池塘以及山区蜿蜒的细长河流等。此外，山体间水体的识别结果表明，本文利用坡度判别去除山体阴影的方法，能有效使山体间水体的识别基本不受山体阴影的干扰。
关键发现：
图4展示了陕西省2016—2022年夏季内陆水体面积的时序变化，整体呈波动上升趋势，从2016年的879.45 km²增长至2022年的937.53 km²，多年平均值为927.32 km²。
图4 陕西省2016—2022年夏季内陆水体面积时序变化
本文基于县域尺度分析陕西省内陆水体面积的空间分布状况与空间变化差异。陕西省2016—2022年夏季内陆水体面积多年均值空间分布差异较大，内陆水体主要集中在陕北左侧沿线部分至中段地区、陕北与关中右侧沿线的黄河段地区以及陕南中部地区。
图5 陕西省2016—2022年夏季内陆水体面积多年均值空间的空间分布及水体面积波动变化趋势
本文构建的内陆水体识别方案，不仅避免了水体识别最佳阈值的不稳定性，简化了获取样本数据集的过程，而且识别精度也具有可靠性。本文的内陆水体识别结果与全球地表水体数据集进行对比，发现本文结合Sentinel-1/2影像数据提出的内陆水体识别方案能够有效识别出细小的水体类型和复杂地形下的水体边界。
研究局限：
目前，已有研究主要在年际尺度上探讨了气温与水体面积的相关性，但年际尺度的气温与水体面积难以表明频发的夏季高温对水体面积的影响，而且鲜有研究定量分析高温与水体面积的相关性。为此，本文基于估算的逐日近地表气温最高值，计算了高温指数，以探究高温对内陆水体面积的影响。
创新点：
为了探究陕西省内陆水体面积与夏季高温的响应关系，本文基于GEE平台发展了空间尺度为10 m的大范围内陆水体识别方案，并生产了陕西省2016—2022年夏季内陆水体数据集。然后估算了相应时序内格网尺度为1-km的逐日近地表气温最高值，进而分析了夏季内陆水体面积的时空演变及其与高温的时空关联性，并探析了内陆水体面积受极端高温影响的驱动过程。研究结论如下：
在气候变暖背景下，尽管陕西地区内陆水体面积整体呈增加趋势，这一变化对生态环境的改善具有积极意义，但同时也应关注黄河源区冰川冻土的消融速度与极端降水事件发生带来的潜在风险。此外，陕西不同地区受夏季高温抑制作用具有差异性，各地区需综合考虑多种影响因素，因地制宜地采取差异化的适应措施。