基于环境一号卫星的内陆水体水质多光谱遥感监测

基于环境一号卫星多光谱数据,针对我国内陆水体开展遥感监测研究。该研究建立分地区分季节经验模型反演叶绿素a浓度,基于生物光学模型的近红外单波段方法反演悬浮物浓度,以悬浮物浓度间接反演透明度,最终基于叶绿素a和悬浮物获得基于遥感监测的内陆水体营养状态指数。以2009年6月巢湖同步观测试验验证本文的水质参数反演算法,表明叶绿素a浓度反演精度不如悬浮物浓度,两者反演精度符合水环境监测业务需求。     

水质遥感监测技术研究进展

该文综述水质遥感监测研究的发展状况,阐述水质遥感监测的机理,介绍常用的遥感数据、遥感监测方法及其对叶绿素a、悬浮物、黄色物质等水质指标遥感监测的应用进展,提出该领域发展存在的主要问题,展望其发展方向和研究重点。     

松嫩平原水体中的叶绿素a和悬浮物含量反演研究

利用2013年10月7日和14日的landsat 8 ETM+遥感影像数据和松嫩平原实测的31个采样点的水体中的叶绿素a和悬浮物含量数据,采用回归分析的方法,建立松嫩平原水体中叶绿素a和悬浮物含量的反演模型。研究结果表明,将各波段反射率进行必要的数学变换和波段组合后,可以显著提高其与水体中叶绿素a和悬浮物含量的相关水平;以R4/(R2+R3)为自变量,建立的水体中叶绿素a含量的反演模型拟合效果最好;以(R5+R4)/R3为自变量,建立的水体中悬浮物含量反演模型拟合效果最好。     

内陆水体环境遥感监测研究评述

应用遥感技术进行水质监测较常规监测具有巨大优势,能快速、大尺度、低成本的监测水质参数在时空上的变化状况。本文首先简要阐述了内陆水体环境遥感监测的基本原理;其次,介绍了常用水质参数的遥感监测研究现状,包括叶绿素a(Chl-a)、悬浮物(SS)、有色可溶性有机物(CDOM)以及总磷(TN)、总氮(TP)等其他水质参数,并将其划分为经验模型和生物光学模型两种监测方法;再次,对常用的遥感数据源进行了介绍和优缺点的评述;最后,讨论了内陆水体环境遥感监测误差来源,并对今后内陆水体环境遥感监测研究重点进行了展望。     

基于MODIS的青藏高原湖泊透明度遥感反演

湖泊透明度是湖泊水体性质的一个重要参数,是湖泊浮游生物和进入湖泊的有机和无机颗粒溶解程度的综合反映,对湖泊生态环境研究具有重要的科学及实践意义。遥感影像是获取面积广、时间长的湖泊透明度的重要手段,但由于实测数据缺乏,目前对青藏高原地区湖泊透明度的遥感反演研究相对不足。本文基于青藏高原地区24个湖泊实测透明度SD(Secchi Depth)值和相应的MODIS遥感影像,建立了该地区湖泊水体透明度SD值MODIS遥感反演模型。结果表明：基于MODIS绿色波段B4的单波段幂函数模型在该地区反演效果最好,精度较高(R2=0.91, N=24),并具有较好的稳定性。以当惹雍错为例,选用该模型反演得到湖泊透明度的时间变化序列,发现该湖存在明显的季节波动和较为明显的年际变化。初步分析得出,降水/融水季节的湖泊透明度与湖泊所在流域的降水率具有密切的关系。本文结果表明,利用遥感手段能够有效地开展青藏高原地区湖泊透明度的反演,可为进一步深入研究该地区湖泊透明度及其影响要素奠定基础。     

基于混合光谱理论的太湖水体叶绿素a浓度提取

TM图象多波段数据作为遥感监测水体叶绿素a浓度的数据源,已有多种遥感定量模型与之对应,但主要还是以经验模型为主。利用TM数据首先采用特征波段比值方法,建立太湖水体合适的叶绿素a浓度反演的遥感定量模型。由于经验模型的缺陷性,还提出了基于TM数据的水体混合光谱分析模型,同时分析了端元光谱提取方法对模型求解的影响。通过计算叶绿素a浓度模型估算结果与实地测量数据的相关系数和均方根误差(RMSE),可以发现混合光谱分析模型也是水体叶绿素a浓度遥感估算的另一条佳径。     

基于MERSI和MODIS的太湖水体叶绿素a含量反演

水体叶绿素a含量的遥感反演是监测水体光学特性、评价水体污染的一个重要指标.本文以FY-3A/MERSI和AQUA/MODIS遥感影像为数据源,结合水体实测的叶绿索a含量,利用两类反射率模型,研究星载数据遥感反演叶绿素a的可行性.研究表明:基于FY-3A/MERSI和AQUA/MODIS可见光-近红外通道的光谱反演模型(...     

广东省典型湖泊叶绿素浓度垂向变化模型及影响机制

叶绿素浓度垂向变化影响遥感反演精度和富营养化评价。湖泊水体叶绿素浓度影响因子众多,其垂向变化规律仍是当前的研究难点。以广东省3个典型湖泊的叶绿素浓度、营养盐浓度、藻种及粒径结构等数据,分析了叶绿素浓度垂向变化规律与影响机制,并用不同函数来拟合建模。结果表明：各水体不同时期拟合函数各异,需要分时间、分区域讨论;浅水区域（或浅水湖泊）叶绿素浓度自上而下先减后增,用傅立叶变换拟合效果佳;深水区域的规律是自上而下递减明显,用高斯函数拟合效果较好。浅水区域,光照和水温对垂向浓度的影响在本研究中体现不明显,但营养盐及底泥对其影响较明显;深水区域的垂向浓度变化是藻种、水温、营养盐等因子共同作用的结果。     

滇池外海水体叶绿素a与水质因子关系研究

使用近5年滇池外海的水体理化指标监测数据,分析了滇池外海水体叶绿素a的时空分布特征,并使用多元逐步回归分析叶绿素a与水质因子的关系。研究结果表明,滇池外海水体叶绿素a浓度为0．003～0．475mg／L,长年平均浓度为0．063mg／L,每年2月最低,8月最高,夏季最高,冬季最低。近5年各测点年平均值2004年平均浓度最高,2005年最低。滇池外海叶绿素a的空间分布呈现出北高南低,中部呈现西高东低的态势。各水质因子在不同的位置对叶绿素a浓度的影响显著程度不一样,但叶绿素a浓度总体与透明度呈现负相关,与pH值呈显著的正相关,与水温呈现正相关。通过多元逐步回归分析,滇池外海水体叶绿素浓度回归方程在不同位置有1～4个因子入选,外海叶绿素a平均浓度的回归方程为：Chla=-0．336＋0．002·WT＋0．028·TN＋0．034·pH。     

遥感技术在湖泊环境变化研究中的应用和展望

遥感技术由于能够快速、宏观的获得研究区域的数据,已成为湖泊环境动态变化监测的重要技术手段。高分辨率的卫星遥感图像不仅可以为准确判读湖区地质地貌、自然与人为作用下的环境变化、盐湖矿产资源的分布等提供直观的影像,还能为湖泊水质监测、水深检测、水面温度反演以及盐湖卤水动态分析提供有价值的信息。遥感技术在湖泊环境变化研究中的应用正逐步从定性发展为定量研究,因此,对于区分湖泊水体中不同组分对遥感图像各光谱值的贡献等遥感机理的认识及理论尚需进一步深化,同时需要对处理遥感数据所运用的统计分析方法做进一步的改进以建立更加完善的遥感模型。今后,遥感技术和地理信息系统等多种信息处理工具的结合将是环境信息系统发展的主要方向。     

清末以来洞庭湖区通江湖泊的时空演变

本文利用清光绪22年以来17个时段的多种历史地图和航天航空遥感数据,采用遥感解译、数据统计分析与历史对比方法,分析清末以来洞庭湖区通江湖泊面积的时序变化,探究空间演变特征。结合水利部门发布的典型年份监测数据,检验了遥感获取的湖泊面积精度,误差仅为0.62%。结果显示：洞庭湖通江湖泊面积从1896年的5216.37 km²减少到2019年的2702.74 km²,萎缩率为48.19%。1949年前的53年为明显萎缩期,年均萎缩15.66 km²;20世纪50年代为陡崖式萎缩期,年均萎缩139.05 km²;20世纪60—70年代为快速萎缩期,年均萎缩21.66 km²;1980年以来为基本稳定期,年均萎缩0.13 km²,面积仅减少了5.10 km²。就具体湖泊而言,东洞庭湖是各通江湖泊中面积萎缩最大的湖泊,减幅为922.60 km²;其次是目平湖,减幅为588.05 km²;再次是南洞庭湖,减幅为448.37 km²;七里湖的面积变化很小,但经历了先扩张后萎缩的过程。1998—2002年实施“退田还湖”工程,洞庭湖面积增加了10.50 km²。总体而言,清末以来洞庭湖区通江湖泊的演变主要表现为大通湖的封闭析出、整修南洞庭湖的湖垸置换与南迁、围垦西洞庭湖的局部残存、东洞庭湖的三面合围以及1998年特大洪灾后有限的“退田还湖”。本文为长江流域生态修复和环境保护战略提供了客观资料和技术支撑。     

典型年洞庭湖系统健康综合评价

以洞庭湖各典型年的遥感影像、相关图件、社会经济数据及水沙、水质监测等实测资料为依据,基于湖泊健康 “PSR”响应模型,构建了综合评价指标体系,确定了具体的评价指标、评价标准、指标权重和评价等级,采用主成分分析法评价洞庭湖系统健康状况的空间差异,以模糊综合评判法评价其典型年动态变化特征。结果表明：① 从各典型年来看,1986年和1998年洞庭湖处于不健康状态,1991年为临界健康;而三峡工程蓄水运行之后洞庭湖均处于临界健康状态。② 从空间分布上看,南洞庭湖系统健康状况相对较好,其次是东洞庭湖,最差的是西洞庭湖。③ 从压力-状态-响应健康指数来看,各典型年压力隶属度均为不健康,尤其是三峡工程蓄水运行后;其状态、响应隶属度一直保持在临界健康水平。这说明洞庭湖虽保持了较为完整的自然形态、结构基本合理、生态服务价值稳定,但已出现“病症”。作为国家级自然保护区,洞庭湖健康整体水平仍需进一步提升。     

高分二号卫星数据在粤港澳大湾区水体有机污染监测中的应用

为探索高分二号对地观测卫星在水体有机污染监测中的适用性，基于高分二号对地观测卫星多光谱数据，通过归一化水体差异指数提取水体信息，利用比值植被指数得到2019年3月份粤港澳大湾区6条主要入海河流的水质分类及水体有机污染分布情况，通过与同期相对应的6个实际监测断面点对比，验证了水污染等级评价结果，结果如下：1）研究区水体质量总体较好，磨刀门水道、东江南支流、横门水道和洪奇沥水道以无污染为主，鸡啼门水道与蕉门水道以轻污染为主；2）水体有机污染的分布具有空间性，河流主干道主要以无污染水体为主，两岸以轻污染为主，远离主河道的封闭水体以中等污染以及重污染为主；3）监测断面点的污染等级与实际监测点的评价结果基本一致。结论表明，高分二号对地观测卫星多光谱数据作为水体污染监测的遥感数据源是准确可靠的，可为我国水污染防治提供辅助决策。     

应用Terra/MODIS卫星数据估算洞庭湖蓄水量的变化

以洞庭湖为例,利用2002年的美国Terra/MODIS卫星数据,以16天为周期将全年划分为23个时段,分别对湖区水位和蓄水量分布特征和变化规律进行动态监测和综合分析。具体测算方法包括以下4个步骤: (1) 根据湖区特性,将整个洞庭湖分为3个部分：自西向东依此是西洞庭湖 (WDL), 南洞庭湖 (SDL) 和东洞庭湖 (EDL)。这3个部分的蓄水量之和就是整个洞庭湖的总蓄水量。(2) 以水体和陆地的光谱差异为基础,使用Terra/MODIS卫星的NDVI 数据识别并量测湖区水面积。(3) 将湖区水面影像同湖区数字高程模型DEM相叠加,以被监测的湖区水面的平均高度值作为水面高度。水面高度与湖底高度的差即为相应点的水深。(4) 按50 m×50 m网格大小和相应位置的水深的乘积来计算每个水柱体积。最后,将整个湖内的所有水柱的体积值累加便得到洞庭湖的总蓄水量。用上述方法测算的水位和蓄水量与实测资料进行了比较表明,两者具有很好的一致性。     

基于TM数据的太湖叶绿素a浓度定量遥感反演方法研究

探讨利用常规卫星遥感数据Landsat/TM定量反演太湖叶绿素a(Chl-a)浓度的方法。在对Landsat/TM影像进行几何校正、辐射定标、大气校正等预处理的基础上,选择适于太湖Chl-a浓度定量反演的最佳波段或波段组合,采用半经验回归模型和混合光谱分解模型分别建立太湖Chl-a浓度定量反演模型,并对不同模型及反演结果进行对比分析。     

三峡工程蓄水对洞庭湖水环境质量特征的影响

三峡工程的运行给洞庭湖水环境质量造成了直接或间接的影响。本研究运用主成分分析法筛选了水质污染指标,采用基于超标权重的综合水质标识指数法对洞庭湖水质进行了评价,并重点分析了三峡工程蓄水后洞庭湖水环境质量变化特征。主成分分析结果表明,影响洞庭湖水环境质量的主要污染指标为总氮和总磷;典型断面综合水质标识指数评价结果表明,三峡工程的运行对洞庭湖水环境质量变化有一定影响,各典型断面多年综合污染指数高于三峡工程建设前,表现为2003 年前水质多以Ⅲ类为主,2003 年后以Ⅳ类为主;ArcGIS 支持下的洞庭湖水环境质量时空分析表明,三峡工程运行后,洞庭湖水环境污染格局发生变化,表现为局部污染区域发生转移,东洞庭湖及洞庭湖出口污染最重。     

台湾基隆河流域水质与环境遥感制图及分析

本文利用TM 影像和SPOT影象, 在地图资料、统计资料以及实测资料的基础上,进行了基隆河流域环境遥感制图, 并根据遥感影象灰度值与水体反射率和水中悬浮固体含量之间的相关关系,运用SPOT影象和实测数据将基隆河悬浮固体含量分为4 级。     

西洞庭湖湿地景观空间结构的完整性分析与优化对策

选取2005年两洞庭湖湿地的遥感影像,利用GIS技术、MapInfo Professional 6．5 SCP软件和景观结构分析软件FRAGSTATS,应用景观生态学的理论和方法,对两洞庭湖湿地景观空间结构的完整性进行了分析。结果表明：①区域内斑块分维数相差不大,但荒草地和杨树末成林受人为干扰明显且形状规则,其分维数趋近于1;②区域内湿地景观类型体系中各类湿地所占比例差异较大,分配不太均匀,其中湖泊景观优势明显;整个区域的破碎化程度高,除湖泊外,其他类型的湿地受人类干扰较大。基于上述分析,提出了更新和调整湿地生境、合理布局功能区、强化湿地综合管理和开展湿地生态旅游等优化对策。