《水问题遥感》ppt课件

1、 1 水资源调查与预测水文要素提取、水系变化提取 2 水污染监测 3 水环境监测叶绿素、水色、泥沙、污染物 4 洪涝旱灾祸监测淹没面积以及损失评价、洪水演进 5 水土流失调查强度分级、及其动态变化 6 河口河道湖泊水库淤积调查 7 大型工程和环境效益评价 第三章 水环境遥感 第一节 水环境遥感原理 地物三个明显的辐射特征：总辐射程度的高低；可见光和红外的辐射平衡关系，即光谱整体趋势；辐射随波段变化的方向和强度。 水体的辐射特征表如今：天然水体对0.41.1m电磁波的反射率明显低于其它地物，其总辐射程度低于其它地物，在遥感图像上经常表现为暗颜色；在近红外波段的反射比可见光波段更低；同时对不同的水

2、体，在可见光波段，其反射率有较为明显的不同，如随泥沙含量的添加而添加。 一、水体的光谱特征 在红外波段识别水体是比较容易的。 水体的光学特征集中表如今可见光在水体中的辐射传输过程，他包括界面的反射、折射、吸收、水中悬浮物质的多次散射等。而这些过程及水体最终表现出的光谱特征又由水面的入射辐射、水的光学性质、外表粗糙度、日照角度与观测角度、气水界面的相对折射率以及在某些情况下还涉及水底反射光等等。 体散射。 二、水体在不同传感器上的表现 1、MSS MSS是陆地卫星Landsat1-3上的传感器，有四个波段，空间分辨率80米。其中MSS4(0.5-0.6 m)属于可见光波段的蓝绿光，对水体有一定的

3、穿透才干，在黑白像片上颜色较浅。 MSS5(0.6-0.7m)属可见光黄红波段，对水体的混浊度海洋中泥沙，大河中悬移质有明显反映。 MSS6(0.7-0.8 m)， MSS7(0.8-1.0 m)波段由于水体剧烈吸收才干，在图像上呈黑色。 2、TM TM10.45-0.52 m )与MSS4相比，对水体的穿透更强，探测水下地形更有效；TM4 0.76-0.90m )同MSS6、MSS7一样，对探测水陆边境非常有利。 3、SPOT(HRV) 既可以穿透水体探测，又比较准确的反映水体的边境和外形。 4、NOAA(AVHRR) CH2 0.725-1.15m 对水体反映敏感，而CH3 3.55-3.

4、93m 是太阳反射光和地物红外热辐射的交叉区，对地表温度敏感。5、ERS和JERSSAR) 第三节 水资源遥感 包括水资源调查、流域规划、水域面积分布变化、径流估算、水深、水温、冰雪覆盖、河口带及浅海地形调查、海洋调查等。 一、水文要素遥感 1.水位面积和流域界定 2.水深探测 衰减长度：向下辐照度等于外表辐照度的1/e(或37%)的长度。 Poleyn and Fabian提出的海面的离水反射辐射Lw与水深Z的关系： Lw()=E () /*() /n2 *exp- () (sec+sec)Z E () 为太阳辐照度；n为底质的折射系数； () 为衰减系数，是吸收系数与散射系数之和； ()

5、为反射率；为太阳天顶角； 为太阳方位角。 透明度Zm与表层水的线性衰减系数的关系，在许多海区表示为： l/e=(2.7-3.5)/ Zm l为衰减长度 3、水文探测 用所测的亮度温度表示水体温度。 大气中水汽含量对水温丈量精度影响较大，因此，遥感估算水温时，必需进展大气纠正。 海洋遥感图像反差很低，可以获得的信息非常有限。 海洋的微波辐射取决于两个主要要素：海面及一定深度的介电常数量；海面粗糙度。 4、径流估算 流域枯水计算 融雪径流计算 二、水域变化监测 1.河流、水系变化 2.湖泊演化 3.河口三角洲演化 4.海岸带演化：海岸线确定；海滩涂确实定；海岸带历史变化 第四节 水质遥感监测 利用

6、遥感技术研讨水环境化学包括定性和定量两种方法。定性遥感方法是经过分析遥感图像的颜色或颜色特征或异常对水环境化学景象进展分析评价。定量遥感方法建立在定性方法的根底上，为了消除随机要素的影响，通常需求获得与遥感成像同步或准同步的实测数据，以标定定量数学模型。 一、水体富营养化遥感监测 反映水体富营养化程度最主要因子是叶绿素，其中又以叶绿素a最为突出。 叶绿素遥感是基于不同浓度浮游植物有着不同的辐射光谱特性。 赤潮 1.水体光谱特征与水体叶绿素含量的关系 随着叶绿素含量的不同，在0.430.70 m 光谱段会有选择地出现较明显的差别。 Landsat/TM为例 比值回归方程 C=b(TM3/TM1)

7、+a 式中：C为叶绿素(CH1-a)相对改动；a、b为相关系数 研讨阐明，水体叶绿素浓度与水面温度间存在线性关系 C=a0+a1t C 为叶绿素浓度mg/m3);t为水面温度；a0、a1t为回归系数。 2.叶绿素浓度信息提取方法 1阅历算法:海面叶绿素浓度 C=FB/G F为函数关系因子；B蓝、G绿分别为蓝波段、绿波段的水体反射率。 Clark et al (1980)提出固体悬浮物浓度与叶绿素浓度的相关公式： lgS=-0.39+0.78lgC Tassan(1993)在那不勒斯湾的研讨也显示悬浮固体浓度g/m3)与叶绿素浓度(mg/m3)之间存在如下关系lgS=(-0.2470.016)+

8、(0.5670.026)lgC 傅克忖 陈楚群 二、叶绿素浓度计算运用 1998年10月30日SeaWiFS数据，采用阅历模型、神经网络模型和光谱混合分析三种方法计算台湾海峡叶绿素浓度，并对这三种方法的结果进展了比较许捃，2000 1.数据源分析： SeaWiFS数据特征；SeaBAM数据；历史统计资料。 2.数据预处置 3.用阅历模型计算叶绿素浓度 4.用神经网络模型计算叶绿素浓度 5.用光谱混合分析法计算叶绿素浓度 6.三种方法比较 OReilly et al(1998)用来自SeaBAM919个站点浓度范围在0.01932.19g/L的观测数据，对15种阅历算法和2种半分析算法进展评价，

9、计算结果与实测数据吻合。 C=10(a0+a1*R+a2*R2+a3*R3)+a4 式中：R=lgRrs (1 )/Rrs(2 ); a0、a1、a2、a3、a4为常数 2神经网络模型法 Keiner和Brown采用SeaWiFS数据的可见光波段412nm,443nm,490nm,510nm和550nm，用神经网络计算方法估算了海洋叶绿素浓度，提高了计算精度。 3光谱混合分析法 是与主成分分析类似的影像分析方法，主要的不同是光谱混合分析定义一个确切的在空间上和时间上都恒定的参照物纯真像元，而主成分变化完全依托场景变换。另外，主成分变换分别正交因子，而光谱混合分析仅仅根据纯真像元来计算。 三、悬

10、浮固体遥感监测 1、水体光谱特征与悬浮固体含量的关系 随着水中悬浮固体浓度的添加，水体在整个可见光谱段的反射亮度添加，水体由暗变得越来越亮，同时反射峰值波长向长波方向挪动，而且反射峰值本身形状变得更宽。 在可见光波段，0.58-0.68微米是遥感监测水体混浊度的最正确波段。 1基于统计分析的半阅历模型 即经过遥感数据与同步实测样点数据间的统计相关分析，确定两者间的相关系数，建立相关模型 线性关系式：L=A+BS对数关系式：L=A+BlgS或S=A+BlgLGordon关系式： R=C+s/(A+BS)或1/(R-C)=B+A/S此式根据准单散射近似公式得到 R=A+B1-e-DS) 一致关系式

11、: L=Gordon(S)*Index(S)=A+BS/G+S)+CS/G+S)e-DS 2)基于灰色系统实际的模型2、悬浮固体遥感监测的可行性 定量解译悬浮固体浓度的最正确谱段应在0.65-0.85微米之间。 水体中固体悬浮物含量最初多用影像灰度定性地解释。定量解释是基于同步搜集遥感数据、地面反射数据和实测数据，直接计算光谱和悬浮物之间的多项式几何校正曲线。 卫星传感器接纳到的辐射亮度与水体反射率的关系如下： N=Np+E/*RT 运用遥感方法测定水体悬浮物的关键问题是建立遥感数据与悬浮物含量之间的定量关系，即 S=f(R)或R=f(S) 实际方式 Gordon用Monte Carlo方程，

12、得到类似于幂级数的关系式： Gordon简化方式： R=(C+S)/(A+BS) 国家海洋局第二海洋研讨所模型： R=C+A0/2B0lg(2B0B1S+B02) A+BlgS 华东师大模型: S=R/(a0-b0Rd 3.悬浮固体信息提取方法 1回归方法 用遥感辐射亮度估算悬浮固体浓度大体有以下5个步骤： 1同步丈量悬浮固体浓度SSC和水体上行辐射率L() 2)对第一步中的环境影响进展校正 3用所选样点数据得到校正后SSC和 L()的阅历 关系模型 4用第三步所得的阅历关系模型和校正后的遥感影像辐射率L()估算SSC 5用测试样点的SSC数据检验计算结果 2色度模型和主成分分析 在不同大气条

13、件下，用MSS4,5波段与MSS4，5，6波段的比值，分别求出绿色系数和红色系数。用这些色度参数与同时相的芬兰湾实测悬浮物浓度得出色度参数与悬浮固体浓度的相关模型。 3光谱混合分析法 四、水体悬浮固体浓度提取运用实例 许郡2000以福建省福清市海岸带为例，采用TM数据对近岸水体的悬浮固体浓度进展了提取。 模型 数据预处置 悬浮固体浓度计算流程原始数据大气参数大气校正光谱特征水体提取DEM水深校正悬浮固体浓度潮时、潮差 1、大气校正 最简单的大气校正方法是暗像元的减法校正。 Smith等于1990年提出一种基于光谱混合分析的仪器和大气校正方法。用大气校正模型进展大气校正。 通常有三种大气校正模型

14、，复杂程度各不一样。 2、水体提取 国内外的研讨证明，近红外波段的遥感信息是确定水体的一种可信的和有效的技术。3、水体及背景地物的光谱特征分析典型地物的光谱亮度值 灰度地物TM1 TM2 TM3 TM4 TM5 TM6 TM7水体26320034林地21001295914825居民地304739618914483水田18301788714860旱地2238249810915096阴影04011412213 4、水深校正 在进展海岸带水色遥感时，由于水深较浅，难免遭到海洋底质光谱反射率的影响，使得影像的光谱信息中包含了海洋底质的光谱特征，因此要进展水深校正，消除海洋底质的影响。 对于近岸悬浮固体

15、浓度在100mg/L左右，水深大于2030米的水体，水体上行辐射率L()不受底部反射率的影响。对于任何可见光波段的传感器，其接纳到的90的辐射亮度来自于水体表层1/K的深度内，K是水中的漫射衰减系数。) 据Whitlack研讨，悬浮固体物含量超越10mg/L后，穿透深度的变化就很小了，可视为常数。 5、用线性光谱混合法计算悬浮固体浓度 用光谱混合分析法计算悬浮固体浓度，首先要获取不同悬浮固体浓度水体的光谱特征 对数校正曲线 fhigh= -0.972=0.298ln(0.3S+21.5540光谱混合分析法计算结果评价 6、结果与讨论 五、石油污染遥感监测 六、废水污染遥感监测 七、热污染遥感监

16、测 第五节 海洋水色遥感研讨 一、海洋水色遥感概述 二、海洋水色遥感根底研讨 1、海水光学特性 2、大气辐射校正 1阅历的Gordon大气校正方法 Lt=Lwt+L* 2Gordon传统大气校正方法的改良 Lt()=Lr()+La()+tLw(,C) 三、海洋水色要素信息提取 1、海洋水色要素提取技术进展 1浮游植物色素浓度年季变化研讨 2CZCS遥感资料在浮游植物色素浓度年季变量中的研讨 3CZCS遥感资料在渔业研讨上的运用 4CZCS遥感资料在近岸油气勘探与消费中运用研讨 5CZCS遥感资料在海上船舶航行中的运用研讨 6CZCS遥感图像在海洋动力环境监测中的运用 2、海洋水色要素信息提取存

17、在的问题 1水色要素信息提取算法方式的不完善性 2大气校正方法研讨中存在的问题 3季节性大气中悬浮沙尘对大气校正的影响 3、叶绿素浓度反演 1解析算法 2阅历算法 叶绿素浓度C对光谱辐射亮度比率阅历关系式中最普通的方式为： lgC=lgA+lglw(i)/Lw (j) 4、悬浮固体含量反演 四、海洋水色要素运用研讨 1、污染物质与黄色物质监测运用 2、动力环境要素反演运用 3、在海岸带和陆地上的运用 4、在全球尺度环境变化过程中的运用 五、海洋水色遥感专题图制造 1、海洋色素浓度变化图 1研讨目的 运用海洋水色卫星遥感资料研讨制造主要水色要素叶绿素、悬浮物质、黄色物质和污染物质等时空分布图。

18、2现有根底 包括国外和国内在海洋色素研讨方面的根底 3研讨内容和成果 共有10项 2、初级消费力分布图 1研讨目的 经过制造初级消费力分布图，为海洋渔业维护与捕捞、海水养殖业环境监测等效力提供有意义的数据。 2现有根底 3研讨内容及成果 叶绿素浓度与初级消费力相关关系研讨； 初级消费力与海洋渔业、养殖业相关关系研 究及专题 图制造。 3、海面温度场图 1研讨目的 运用水色卫星遥感资料提供制造海面温度场图，为海洋渔业维护、鱼情预告、海水养殖、海洋动力要素监测等效力，并提供有关的科学数据。 2现有根底 3研讨内容及成果 海面温度场时空分布专题图。重点鱼场海面温度场专题图；重点海水养殖海区海面温度场

19、专题图；海面温度场与海洋动力环境监测相关性复合专题图。 4、热污染分散图 1研讨目的 为监测海洋环境、热污染分散趋势和范围，热污染发生的程度及危害影响等效力，提供环境监测所需科学数据。 2现有根底 3研讨内容及成果 重点海区，特别是发电厂废水排放海区，温度分散场专题图；重点海区海面温度场时间变化专题图；重点海区热污染影响和危害专题图。 5、近岸海区海洋动力景象及黑潮流系变化图 1研讨目的 运用水色卫星遥感资料研讨大、中尺度海洋动力景象，目的是为了更全面、深化认识和监视大、中尺度海洋动力过程的变化规律，及其在区域和全球环境变化中的影响和作用。 2现有根底 3研讨内容 共7项 6、海岸带综合环境图 1研