ABSTRACT

The thermal regime of lakes and reservoirs is a major driver of their functioning, yet water temperature measurements are scarce and time-series are frequently interrupted by missing data in many lakes and reservoirs. Our aim was to assess whether satellite imagery combined with 3-dimensional (3D) modeling can overcome this limitation. We assessed the performance of a 3D model (Delft3D-Flow) and compared simulated temperature to satellite data on Karaoun Reservoir in a semiarid region of Lebanon. Surface water temperatures were retrieved from Landsat 8, atmospherically corrected using a single channel algorithm and adjusted with in situ measurements as a proxy of bulk temperatures. With limited calibration, the model reproduced water level fluctuations, water temperature, stratification, and mixing, with low discrepancies from measurements. Satellite temperatures agreed well with observations and simulations. Satellite temperature distribution across the reservoir exhibited low spatial heterogeneity. The 3D model partly reproduced this spatial distribution of surface temperature and generally was able to simulate the thermal regime of the reservoir with limited datasets for initial conditions and for hydrological and meteorological forcing, and with limited calibration. For validating 3D hydrodynamic models, satellite temperatures constitute a valuable source of data complementary to point measurements. Coupling satellite imagery and modeling can improve operational surveys of poorly monitored lakes and reservoirs and enhance knowledge of their thermal functioning.

摘要

湖泊和水库的热状况是其功能的主要驱动因素，但水温测量很少，时间序列经常因许多湖泊和水库中缺失的数据而中断。我们的目标是评估卫星图像与 3D (3D) 建模相结合是否可以克服这一限制。我们评估了 3D 模型 (Delft3D-Flow) 的性能，并将模拟温度与黎巴嫩半干旱地区 Karaoun Reservoir 的卫星数据进行了比较。从 Landsat 8 中检索地表水温，使用单通道算法进行大气校正，并通过作为整体温度代理的原位测量进行调整。通过有限的校准，该模型再现了水位波动、水温、分层和混合，与测量值的差异很小。卫星温度与观测和模拟非常吻合。整个水库的卫星温度分布表现出较低的空间异质性。3D 模型部分地再现了地表温度的这种空间分布，并且通常能够利用有限的初始条件和水文和气象强迫数据集以及有限的校准来模拟水库的热状况。为了验证 3D 流体动力学模型，卫星温度构成了与点测量互补的宝贵数据来源。结合卫星图像和建模可以改进监测不佳的湖泊和水库的业务调查，并增强对其热功能的了解。整个水库的卫星温度分布表现出较低的空间异质性。3D 模型部分地再现了地表温度的这种空间分布，并且通常能够利用有限的初始条件和水文和气象强迫数据集以及有限的校准来模拟水库的热状况。为了验证 3D 流体动力学模型，卫星温度构成了与点测量互补的宝贵数据来源。结合卫星图像和建模可以改进监测不佳的湖泊和水库的业务调查，并增强对其热功能的了解。整个水库的卫星温度分布表现出较低的空间异质性。3D 模型部分地再现了地表温度的这种空间分布，并且通常能够利用有限的初始条件和水文和气象强迫数据集以及有限的校准来模拟水库的热状况。为了验证 3D 流体动力学模型，卫星温度构成了与点测量互补的宝贵数据来源。结合卫星图像和建模可以改进监测不佳的湖泊和水库的业务调查，并增强对其热功能的了解。3D 模型部分地再现了地表温度的这种空间分布，并且通常能够利用有限的初始条件和水文和气象强迫数据集以及有限的校准来模拟水库的热状况。为了验证 3D 流体动力学模型，卫星温度构成了与点测量互补的宝贵数据来源。结合卫星图像和建模可以改进监测不佳的湖泊和水库的业务调查，并增强对其热功能的了解。3D 模型部分地再现了地表温度的这种空间分布，并且通常能够利用有限的初始条件和水文和气象强迫数据集以及有限的校准来模拟水库的热状况。为了验证 3D 流体动力学模型，卫星温度构成了与点测量互补的宝贵数据来源。结合卫星图像和建模可以改进监测不佳的湖泊和水库的业务调查，并增强对其热功能的了解。