《水問(wèn)題遙感》ppt課件

1、 1 水資源調(diào)查與預(yù)測(cè)水文要素提取、水系變化提取 2 水污染監(jiān)測(cè) 3 水環(huán)境監(jiān)測(cè)葉綠素、水色、泥沙、污染物 4 洪澇旱災(zāi)禍監(jiān)測(cè)淹沒(méi)面積以及損失評(píng)價(jià)、洪水演進(jìn) 5 水土流失調(diào)查強(qiáng)度分級(jí)、及其動(dòng)態(tài)變化 6 河口河道湖泊水庫(kù)淤積調(diào)查 7 大型工程和環(huán)境效益評(píng)價(jià) 第三章 水環(huán)境遙感 第一節(jié) 水環(huán)境遙感原理 地物三個(gè)明顯的輻射特征：總輻射程度的高低；可見光和紅外的輻射平衡關(guān)系，即光譜整體趨勢(shì)；輻射隨波段變化的方向和強(qiáng)度。 水體的輻射特征表如今：天然水體對(duì)0.41.1m電磁波的反射率明顯低于其它地物，其總輻射程度低于其它地物，在遙感圖像上經(jīng)常表現(xiàn)為暗顏色；在近紅外波段的反射比可見光波段更低；同時(shí)對(duì)不同的水

2、體，在可見光波段，其反射率有較為明顯的不同，如隨泥沙含量的添加而添加。 一、水體的光譜特征 在紅外波段識(shí)別水體是比較容易的。 水體的光學(xué)特征集中表如今可見光在水體中的輻射傳輸過(guò)程，他包括界面的反射、折射、吸收、水中懸浮物質(zhì)的多次散射等。而這些過(guò)程及水體最終表現(xiàn)出的光譜特征又由水面的入射輻射、水的光學(xué)性質(zhì)、外表粗糙度、日照角度與觀測(cè)角度、氣水界面的相對(duì)折射率以及在某些情況下還涉及水底反射光等等。 體散射。 二、水體在不同傳感器上的表現(xiàn) 1、MSS MSS是陸地衛(wèi)星Landsat1-3上的傳感器，有四個(gè)波段，空間分辨率80米。其中MSS4(0.5-0.6 m)屬于可見光波段的藍(lán)綠光，對(duì)水體有一定的

3、穿透才干，在黑白像片上顏色較淺。 MSS5(0.6-0.7m)屬可見光黃紅波段，對(duì)水體的混濁度海洋中泥沙，大河中懸移質(zhì)有明顯反映。 MSS6(0.7-0.8 m)， MSS7(0.8-1.0 m)波段由于水體劇烈吸收才干，在圖像上呈黑色。 2、TM TM10.45-0.52 m )與MSS4相比，對(duì)水體的穿透更強(qiáng)，探測(cè)水下地形更有效；TM4 0.76-0.90m )同MSS6、MSS7一樣，對(duì)探測(cè)水陸邊境非常有利。 3、SPOT(HRV) 既可以穿透水體探測(cè)，又比較準(zhǔn)確的反映水體的邊境和外形。 4、NOAA(AVHRR) CH2 0.725-1.15m 對(duì)水體反映敏感，而CH3 3.55-3.

4、93m 是太陽(yáng)反射光和地物紅外熱輻射的交叉區(qū)，對(duì)地表溫度敏感。5、ERS和JERSSAR) 第三節(jié) 水資源遙感 包括水資源調(diào)查、流域規(guī)劃、水域面積分布變化、徑流估算、水深、水溫、冰雪覆蓋、河口帶及淺海地形調(diào)查、海洋調(diào)查等。 一、水文要素遙感 1.水位面積和流域界定 2.水深探測(cè) 衰減長(zhǎng)度：向下輻照度等于外表輻照度的1/e(或37%)的長(zhǎng)度。 Poleyn and Fabian提出的海面的離水反射輻射Lw與水深Z的關(guān)系： Lw()=E () /*() /n2 *exp- () (sec+sec)Z E () 為太陽(yáng)輻照度；n為底質(zhì)的折射系數(shù)； () 為衰減系數(shù)，是吸收系數(shù)與散射系數(shù)之和； ()

5、為反射率；為太陽(yáng)天頂角； 為太陽(yáng)方位角。 透明度Zm與表層水的線性衰減系數(shù)的關(guān)系，在許多海區(qū)表示為： l/e=(2.7-3.5)/ Zm l為衰減長(zhǎng)度 3、水文探測(cè) 用所測(cè)的亮度溫度表示水體溫度。 大氣中水汽含量對(duì)水溫丈量精度影響較大，因此，遙感估算水溫時(shí)，必需進(jìn)展大氣糾正。 海洋遙感圖像反差很低，可以獲得的信息非常有限。 海洋的微波輻射取決于兩個(gè)主要要素：海面及一定深度的介電常數(shù)量；海面粗糙度。 4、徑流估算 流域枯水計(jì)算 融雪徑流計(jì)算 二、水域變化監(jiān)測(cè) 1.河流、水系變化 2.湖泊演化 3.河口三角洲演化 4.海岸帶演化：海岸線確定；海灘涂確實(shí)定；海岸帶歷史變化 第四節(jié) 水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè) 利用

6、遙感技術(shù)研討水環(huán)境化學(xué)包括定性和定量?jī)煞N方法。定性遙感方法是經(jīng)過(guò)分析遙感圖像的顏色或顏色特征或異常對(duì)水環(huán)境化學(xué)景象進(jìn)展分析評(píng)價(jià)。定量遙感方法建立在定性方法的根底上，為了消除隨機(jī)要素的影響，通常需求獲得與遙感成像同步或準(zhǔn)同步的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以標(biāo)定定量數(shù)學(xué)模型。 一、水體富營(yíng)養(yǎng)化遙感監(jiān)測(cè) 反映水體富營(yíng)養(yǎng)化程度最主要因子是葉綠素，其中又以葉綠素a最為突出。 葉綠素遙感是基于不同濃度浮游植物有著不同的輻射光譜特性。 赤潮 1.水體光譜特征與水體葉綠素含量的關(guān)系 隨著葉綠素含量的不同，在0.430.70 m 光譜段會(huì)有選擇地出現(xiàn)較明顯的差別。 Landsat/TM為例 比值回歸方程 C=b(TM3/TM1)

7、+a 式中：C為葉綠素(CH1-a)相對(duì)改動(dòng)；a、b為相關(guān)系數(shù) 研討闡明，水體葉綠素濃度與水面溫度間存在線性關(guān)系 C=a0+a1t C 為葉綠素濃度mg/m3);t為水面溫度；a0、a1t為回歸系數(shù)。 2.葉綠素濃度信息提取方法 1閱歷算法:海面葉綠素濃度 C=FB/G F為函數(shù)關(guān)系因子；B藍(lán)、G綠分別為藍(lán)波段、綠波段的水體反射率。 Clark et al (1980)提出固體懸浮物濃度與葉綠素濃度的相關(guān)公式： lgS=-0.39+0.78lgC Tassan(1993)在那不勒斯灣的研討也顯示懸浮固體濃度g/m3)與葉綠素濃度(mg/m3)之間存在如下關(guān)系lgS=(-0.2470.016)+

8、(0.5670.026)lgC 傅克忖 陳楚群 二、葉綠素濃度計(jì)算運(yùn)用 1998年10月30日SeaWiFS數(shù)據(jù)，采用閱歷模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和光譜混合分析三種方法計(jì)算臺(tái)灣海峽葉綠素濃度，并對(duì)這三種方法的結(jié)果進(jìn)展了比較許捃，2000 1.數(shù)據(jù)源分析： SeaWiFS數(shù)據(jù)特征；SeaBAM數(shù)據(jù)；歷史統(tǒng)計(jì)資料。 2.數(shù)據(jù)預(yù)處置 3.用閱歷模型計(jì)算葉綠素濃度 4.用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算葉綠素濃度 5.用光譜混合分析法計(jì)算葉綠素濃度 6.三種方法比較 OReilly et al(1998)用來(lái)自SeaBAM919個(gè)站點(diǎn)濃度范圍在0.01932.19g/L的觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)15種閱歷算法和2種半分析算法進(jìn)展評(píng)價(jià)，

9、計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合。 C=10(a0+a1*R+a2*R2+a3*R3)+a4 式中：R=lgRrs (1 )/Rrs(2 ); a0、a1、a2、a3、a4為常數(shù) 2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型法 Keiner和Brown采用SeaWiFS數(shù)據(jù)的可見光波段412nm,443nm,490nm,510nm和550nm，用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算方法估算了海洋葉綠素濃度，提高了計(jì)算精度。 3光譜混合分析法 是與主成分分析類似的影像分析方法，主要的不同是光譜混合分析定義一個(gè)確切的在空間上和時(shí)間上都恒定的參照物純真像元，而主成分變化完全依托場(chǎng)景變換。另外，主成分變換分別正交因子，而光譜混合分析僅僅根據(jù)純真像元來(lái)計(jì)算。 三、懸

10、浮固體遙感監(jiān)測(cè) 1、水體光譜特征與懸浮固體含量的關(guān)系 隨著水中懸浮固體濃度的添加，水體在整個(gè)可見光譜段的反射亮度添加，水體由暗變得越來(lái)越亮，同時(shí)反射峰值波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向挪動(dòng)，而且反射峰值本身形狀變得更寬。 在可見光波段，0.58-0.68微米是遙感監(jiān)測(cè)水體混濁度的最正確波段。 1基于統(tǒng)計(jì)分析的半閱歷模型 即經(jīng)過(guò)遙感數(shù)據(jù)與同步實(shí)測(cè)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)分析，確定兩者間的相關(guān)系數(shù)，建立相關(guān)模型 線性關(guān)系式：L=A+BS對(duì)數(shù)關(guān)系式：L=A+BlgS或S=A+BlgLGordon關(guān)系式： R=C+s/(A+BS)或1/(R-C)=B+A/S此式根據(jù)準(zhǔn)單散射近似公式得到 R=A+B1-e-DS) 一致關(guān)系式

11、: L=Gordon(S)*Index(S)=A+BS/G+S)+CS/G+S)e-DS 2)基于灰色系統(tǒng)實(shí)際的模型2、懸浮固體遙感監(jiān)測(cè)的可行性 定量解譯懸浮固體濃度的最正確譜段應(yīng)在0.65-0.85微米之間。 水體中固體懸浮物含量最初多用影像灰度定性地解釋。定量解釋是基于同步搜集遙感數(shù)據(jù)、地面反射數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，直接計(jì)算光譜和懸浮物之間的多項(xiàng)式幾何校正曲線。 衛(wèi)星傳感器接納到的輻射亮度與水體反射率的關(guān)系如下： N=Np+E/*RT 運(yùn)用遙感方法測(cè)定水體懸浮物的關(guān)鍵問(wèn)題是建立遙感數(shù)據(jù)與懸浮物含量之間的定量關(guān)系，即 S=f(R)或R=f(S) 實(shí)際方式 Gordon用Monte Carlo方程，

12、得到類似于冪級(jí)數(shù)的關(guān)系式： Gordon簡(jiǎn)化方式： R=(C+S)/(A+BS) 國(guó)家海洋局第二海洋研討所模型： R=C+A0/2B0lg(2B0B1S+B02) A+BlgS 華東師大模型: S=R/(a0-b0Rd 3.懸浮固體信息提取方法 1回歸方法 用遙感輻射亮度估算懸浮固體濃度大體有以下5個(gè)步驟： 1同步丈量懸浮固體濃度SSC和水體上行輻射率L() 2)對(duì)第一步中的環(huán)境影響進(jìn)展校正 3用所選樣點(diǎn)數(shù)據(jù)得到校正后SSC和 L()的閱歷 關(guān)系模型 4用第三步所得的閱歷關(guān)系模型和校正后的遙感影像輻射率L()估算SSC 5用測(cè)試樣點(diǎn)的SSC數(shù)據(jù)檢驗(yàn)計(jì)算結(jié)果 2色度模型和主成分分析 在不同大氣條

13、件下，用MSS4,5波段與MSS4，5，6波段的比值，分別求出綠色系數(shù)和紅色系數(shù)。用這些色度參數(shù)與同時(shí)相的芬蘭灣實(shí)測(cè)懸浮物濃度得出色度參數(shù)與懸浮固體濃度的相關(guān)模型。 3光譜混合分析法 四、水體懸浮固體濃度提取運(yùn)用實(shí)例 許郡2000以福建省福清市海岸帶為例，采用TM數(shù)據(jù)對(duì)近岸水體的懸浮固體濃度進(jìn)展了提取。 模型 數(shù)據(jù)預(yù)處置 懸浮固體濃度計(jì)算流程原始數(shù)據(jù)大氣參數(shù)大氣校正光譜特征水體提取DEM水深校正懸浮固體濃度潮時(shí)、潮差 1、大氣校正 最簡(jiǎn)單的大氣校正方法是暗像元的減法校正。 Smith等于1990年提出一種基于光譜混合分析的儀器和大氣校正方法。用大氣校正模型進(jìn)展大氣校正。 通常有三種大氣校正模型

14、，復(fù)雜程度各不一樣。 2、水體提取 國(guó)內(nèi)外的研討證明，近紅外波段的遙感信息是確定水體的一種可信的和有效的技術(shù)。3、水體及背景地物的光譜特征分析典型地物的光譜亮度值 灰度地物TM1 TM2 TM3 TM4 TM5 TM6 TM7水體26320034林地21001295914825居民地304739618914483水田18301788714860旱地2238249810915096陰影04011412213 4、水深校正 在進(jìn)展海岸帶水色遙感時(shí)，由于水深較淺，難免遭到海洋底質(zhì)光譜反射率的影響，使得影像的光譜信息中包含了海洋底質(zhì)的光譜特征，因此要進(jìn)展水深校正，消除海洋底質(zhì)的影響。 對(duì)于近岸懸浮固體

15、濃度在100mg/L左右，水深大于2030米的水體，水體上行輻射率L()不受底部反射率的影響。對(duì)于任何可見光波段的傳感器，其接納到的90的輻射亮度來(lái)自于水體表層1/K的深度內(nèi)，K是水中的漫射衰減系數(shù)。) 據(jù)Whitlack研討，懸浮固體物含量超越10mg/L后，穿透深度的變化就很小了，可視為常數(shù)。 5、用線性光譜混合法計(jì)算懸浮固體濃度 用光譜混合分析法計(jì)算懸浮固體濃度，首先要獲取不同懸浮固體濃度水體的光譜特征 對(duì)數(shù)校正曲線 fhigh= -0.972=0.298ln(0.3S+21.5540光譜混合分析法計(jì)算結(jié)果評(píng)價(jià) 6、結(jié)果與討論 五、石油污染遙感監(jiān)測(cè) 六、廢水污染遙感監(jiān)測(cè) 七、熱污染遙感監(jiān)

16、測(cè) 第五節(jié) 海洋水色遙感研討 一、海洋水色遙感概述 二、海洋水色遙感根底研討 1、海水光學(xué)特性 2、大氣輻射校正 1閱歷的Gordon大氣校正方法 Lt=Lwt+L* 2Gordon傳統(tǒng)大氣校正方法的改良 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術(shù)進(jìn)展 1浮游植物色素濃度年季變化研討 2CZCS遙感資料在浮游植物色素濃度年季變量中的研討 3CZCS遙感資料在漁業(yè)研討上的運(yùn)用 4CZCS遙感資料在近岸油氣勘探與消費(fèi)中運(yùn)用研討 5CZCS遙感資料在海上船舶航行中的運(yùn)用研討 6CZCS遙感圖像在海洋動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)中的運(yùn)用 2、海洋水色要素信息提取存

17、在的問(wèn)題 1水色要素信息提取算法方式的不完善性 2大氣校正方法研討中存在的問(wèn)題 3季節(jié)性大氣中懸浮沙塵對(duì)大氣校正的影響 3、葉綠素濃度反演 1解析算法 2閱歷算法 葉綠素濃度C對(duì)光譜輻射亮度比率閱歷關(guān)系式中最普通的方式為： lgC=lgA+lglw(i)/Lw (j) 4、懸浮固體含量反演 四、海洋水色要素運(yùn)用研討 1、污染物質(zhì)與黃色物質(zhì)監(jiān)測(cè)運(yùn)用 2、動(dòng)力環(huán)境要素反演運(yùn)用 3、在海岸帶和陸地上的運(yùn)用 4、在全球尺度環(huán)境變化過(guò)程中的運(yùn)用 五、海洋水色遙感專題圖制造 1、海洋色素濃度變化圖 1研討目的 運(yùn)用海洋水色衛(wèi)星遙感資料研討制造主要水色要素葉綠素、懸浮物質(zhì)、黃色物質(zhì)和污染物質(zhì)等時(shí)空分布圖。

18、2現(xiàn)有根底 包括國(guó)外和國(guó)內(nèi)在海洋色素研討方面的根底 3研討內(nèi)容和成果 共有10項(xiàng) 2、初級(jí)消費(fèi)力分布圖 1研討目的 經(jīng)過(guò)制造初級(jí)消費(fèi)力分布圖，為海洋漁業(yè)維護(hù)與捕撈、海水養(yǎng)殖業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)等效力提供有意義的數(shù)據(jù)。 2現(xiàn)有根底 3研討內(nèi)容及成果 葉綠素濃度與初級(jí)消費(fèi)力相關(guān)關(guān)系研討； 初級(jí)消費(fèi)力與海洋漁業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)相關(guān)關(guān)系研 究及專題 圖制造。 3、海面溫度場(chǎng)圖 1研討目的 運(yùn)用水色衛(wèi)星遙感資料提供制造海面溫度場(chǎng)圖，為海洋漁業(yè)維護(hù)、魚情預(yù)告、海水養(yǎng)殖、海洋動(dòng)力要素監(jiān)測(cè)等效力，并提供有關(guān)的科學(xué)數(shù)據(jù)。 2現(xiàn)有根底 3研討內(nèi)容及成果 海面溫度場(chǎng)時(shí)空分布專題圖。重點(diǎn)魚場(chǎng)海面溫度場(chǎng)專題圖；重點(diǎn)海水養(yǎng)殖海區(qū)海面溫度場(chǎng)

19、專題圖；海面溫度場(chǎng)與海洋動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)相關(guān)性復(fù)合專題圖。 4、熱污染分散圖 1研討目的 為監(jiān)測(cè)海洋環(huán)境、熱污染分散趨勢(shì)和范圍，熱污染發(fā)生的程度及危害影響等效力，提供環(huán)境監(jiān)測(cè)所需科學(xué)數(shù)據(jù)。 2現(xiàn)有根底 3研討內(nèi)容及成果 重點(diǎn)海區(qū)，特別是發(fā)電廠廢水排放海區(qū)，溫度分散場(chǎng)專題圖；重點(diǎn)海區(qū)海面溫度場(chǎng)時(shí)間變化專題圖；重點(diǎn)海區(qū)熱污染影響和危害專題圖。 5、近岸海區(qū)海洋動(dòng)力景象及黑潮流系變化圖 1研討目的 運(yùn)用水色衛(wèi)星遙感資料研討大、中尺度海洋動(dòng)力景象，目的是為了更全面、深化認(rèn)識(shí)和監(jiān)視大、中尺度海洋動(dòng)力過(guò)程的變化規(guī)律，及其在區(qū)域和全球環(huán)境變化中的影響和作用。 2現(xiàn)有根底 3研討內(nèi)容 共7項(xiàng) 6、海岸帶綜合環(huán)境圖 1研