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      1. 南方科技大學馮煉團隊在《自然》期刊發文質疑刊登于該期刊的全球湖泊富營養化研究成果

        文章來源 :

        2021-03-05 08:43


        近日,南方科技大學環境科學與工程學院馮煉團隊在Nature期刊發文,對美國斯坦福大學團隊與美國航空航天局NASA科學家合作在Nature期刊發表的關于全球湖泊富營養化研究的論文(Ho et al., 2019)提出質疑


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        (圖片來源:南方科技大學官網)

        Ho et al. (2019) 利用遙感衛星影像研究全球71個湖泊浮游藻類長時序變化,得出了湖泊富營養化呈增加趨勢的結論。然而,馮煉團隊結合理論分析與實驗數據,證明該論文的方法與結論都存在較為嚴重的錯誤。該質疑論文在Nature期刊Matters Arising專欄發表。論文指出Ho et al. (2019) 的主要問題包括:

        1. Ho et al. (2019) 利用單一近紅外波段對湖泊水華進行分析,忽略了淺水湖泊懸浮泥沙變化對近紅外信號的影響。由于湖泊(特別是淺水湖泊)受河流輸入、底部再懸浮等過程影響,水體懸浮泥沙濃度呈現顯著時空動態差異。然而,泥沙的強后向散射信號會導致高渾濁水體在近紅外波段的反射率升高。因此,Ho et al. (2019) 使用的方法會對湖泊水華過程造成嚴重高估。對Ho et al. (2019) 研究的71個湖泊進行數據分析發現,未考慮泥沙信號影響會導致至少58個(82%)湖泊的水華提取結果出現誤判(圖1)。

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        圖1. Ho et al. (2019) 論文部分湖泊水華提取結果受懸浮泥沙影響示意圖。分析顯示,在Ho et al. (2019) 研究的71個湖泊中,至少有58個(82%)受此因素影響。

        2. Ho et al. (2019) 在Landsat遙感數據上利用Fmask算法區分湖泊邊界。但是Ho et al. (2019) 沒有注意到,在Fmask算法中僅用一個簡單的植被指數閾值區分水體,會將強水華區域識別為陸地并將其排除在后續分析中,造成強水華區域的嚴重漏判(圖2)。數據分析顯示,在Ho et al. (2019) 的71個研究湖泊中,至少有41(58%)個出現了漏判。

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        圖 2. 宋卡湖(泰國)與洪澤湖(中國)的提取結果顯示,Ho et al. (2019)論文基于Landsat的湖泊水華強度信息出現嚴重錯誤。(a-d)分別為Landsat 5 TM數據的真彩色合成圖像與水華強度指數(BNIR, 通過Ho et al. (2019) 的方法計算得到)。顯然,高渾濁水體與水生植被都會出現較大的水華強度指數,造成水華誤判。(e)利用Fmask獲得的洪澤湖水體掩膜,強水華區會被剔除而造成漏判。

        3. 衛星獲取的信號包括地表地物反射與大氣輻射兩部分。湖泊水體信號在某些波長范圍占比衛星總信號小于50%,且比例隨水體渾濁度變化。Ho et al. (2019) 完全沒有考慮大氣信號影響,導致結果出現嚴重錯誤。


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        圖 3. 不同地物類型在Landsat 5 TM遙感影像上的光譜特征。其中黑色曲線為星上反射率,藍色曲線為瑞利散射校正后的反射率,灰色為大氣的瑞利散射反射率。在藍光波段(第1波段),大氣的瑞利散射反射信號在衛星總信號中占比可能超過50%。

        4. Ho et al. (2019) 使用的Landsat數據,重訪周期較長(16天),一年中僅有若干次有效觀測,難以準確捕獲湖泊藻華逐年變化的相關特征信息。因此,論文得出的湖泊富營養增加趨勢存在較大不確定。

        5. Ho et al. (2019) 在錯誤的遙感數據基礎上開展的全球變化對湖泊富營養化的綜合影響分析結果不可信,研究結論會對讀者產生誤導。

        原文作者對馮煉團隊的質疑做了答復,細節參見刊登在Nature同一期論文(Ho et al., 2021)。

        Matters Arising是Nature在2018年開辦的特別專欄,專欄的評論文章都是對已經在Nature發表的論文提出嚴重質疑,受到讀者的廣泛關注。該專欄的同行評審過程與Article類似,但長度略短。

        南科大為論文唯一通訊單位,馮煉為論文第一作者與通訊作者。該工作獲得了中國科學院戰略性先導科技專項(XDA20060402)等支持。

        論文信息:

        Feng, L., Dai, Y., Hou, X. et al. Concerns about phytoplankton bloom trends in global lakes. Nature 590, E35–E47 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03254-3

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