遙感在水體方面的應(yīng)用

遙感在水體方面的應(yīng)用

——以水體污染為主基本思路：遙感在水體的應(yīng)用現(xiàn)狀本組成果總結(jié)3遙感在水體的基本原理12一、水體遙感的基本原理1、水體的光譜特征太陽光譜照射到水面，少部分（約占3.5%）被反射回空中，大部分入射到水體。入射到水體的光，又大部分被水體吸收，部分被水中懸浮物（泥沙、有機質(zhì)等）反射，少部分投射到水底，被水體吸收和反射。被懸浮物反射和被水體反射的輻射，部分返回水面，折回到空中。因此遙感器所接收到的輻射就包括水面反射光、懸浮物反射光、水底反射光和天空反射光。由于不同水體的水面性質(zhì)、水體中懸浮物的性質(zhì)和含量、水深和水底特征等不同，因而傳感器上接收到的反射光譜特征存在差異，為遙感探測水體提供了基礎(chǔ)。

2、水域界限的確定在可見光范圍內(nèi)，水體的反射率總體上比較低，不超過10%，一般為4%～5%，并隨著波長的增加逐漸降低，到0.6μm處約2%～3%，過了0.75μm，水體幾乎成為全吸收體。因此，在近紅外的遙感影像上，清澈的水體呈黑色。為區(qū)分水路界線，確定地面上有無水體覆蓋，應(yīng)選擇近紅外波段的影像。3、水溫的探測水體的熱容量大，在熱紅外波段有明顯特征。白天，水體將太陽輻射能大量地吸收儲存，增溫比陸地快，在遙感影像上表現(xiàn)為熱紅外輻射低，呈暗色調(diào)；夜間，水溫比周圍地物溫度高，發(fā)射輻射強，在熱紅外影像上呈高輻射區(qū)，為淺色調(diào)。因此，夜間熱紅外影像可用于尋找泉水，特別是溫泉。根據(jù)熱紅外傳感器的溫度定標，可在熱紅外影像上反演出水體的溫度。水污染分類污染類型污染物生態(tài)環(huán)境變化遙感影像特征液態(tài)污染熱水污染石油污染工業(yè)廢水污染農(nóng)藥、化肥污染水溫變化油膜水色水質(zhì)變化藻類繁殖在熱紅外影像上成白色調(diào)在紫外、紅外、微波影像上呈淺色調(diào)酸性污染在MSS5波段上呈淺色調(diào)在MSS7波段上呈白色調(diào)固態(tài)污染泥沙污染工業(yè)垃圾污染枯枝落葉污染動物尸骸污染水質(zhì)變腐水質(zhì)變腐水質(zhì)變腐在MSS5上呈淺色調(diào)在可見光波段上呈暗色調(diào)水面有漂浮物的形態(tài)水面有漂浮物的形態(tài)1、石油污染海上或港口的石油污染是一種常見的水體污染。探測石油污染的方法有很多，一種是利用0.3～0.4μm波段探測，因為石油在這一波段反射較弱，在紫外像片上油膜呈白色調(diào)。在可見光的藍色范圍，石油反射率較海水高，還有閃爍現(xiàn)象，油污的偽彩色密度分割片能很清楚的顯示排油源和油污范圍。在水面測定油污厚度后還可估計油污量。在熱紅外像片上，油膜呈深色調(diào)，據(jù)此也可測定油污。二、遙感在水體的應(yīng)用現(xiàn)狀圖1.1為2010年4月20日，墨西哥灣的一座美國鉆井平臺發(fā)生爆炸，造成的石油泄漏2、水體熱污染例如發(fā)電廠排出的熱水、經(jīng)過冷卻湖回抽冷卻，使發(fā)電機降溫，熱水又重新排出電廠。這種循環(huán)用水的冷卻湖經(jīng)常需要測量湖水溫度，以便控制裝機容量及發(fā)電量。用8～14μm波段的熱紅外掃描儀進行航空遙感，熱紅外圖像可顯示出熱污染排放、流向和溫度分布的情形。經(jīng)過密度分割處理、根據(jù)少量的同步實測湖水溫度，就可確切的繪出湖水等溫線。如果有連續(xù)的幾次熱紅外影像，還能求出熱水擴散的綜合擴散系數(shù)。日本福島核電站爆炸后排出得熱水3、廢水污染廢水由于水色與懸浮物性狀千差萬別，特征曲線上的反射峰位置和強度也不一樣。廢水污染一般用多光譜合成圖像進行監(jiān)測。有些污水和清潔水溫度也不一樣，可以用熱紅外方法測定。例如：酸、堿水，農(nóng)藥污水的在近紅外假彩色片上都有淡藍色的顯示。沿著河流拍攝航空假彩色像片，很容易發(fā)現(xiàn)污染源。凡是向河流排出污水的工廠，污水未經(jīng)處理凈化立刻可以被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)污水與河水摻混、擴散的情況，還可以估算污水量。4、水體富營養(yǎng)化生物體所需的磷、氧、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)在湖泊、河口、海灣等緩流水體中大量富集，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖、水體溶解氧含量下降、水質(zhì)惡化、魚類及其他生物大量死亡的現(xiàn)象叫做水體富營養(yǎng)化。當水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化時，由于浮游植物導(dǎo)致水中的葉綠素增加，使富營養(yǎng)化的水體反射光譜特征發(fā)生變化：（1）水體葉綠素濃度增加，藍光波段的反射率下降，綠光波段的反射率增高。（2）水面葉綠素和浮游生物濃度高時，近紅外波段仍存在一定的反射率。5、泥沙污染泥沙污染一是指含沙量，二是指泥沙顆粒吸附有微量有害元素。定量判讀懸浮泥沙濃度的最佳波段應(yīng)在0.65～0.85μm之間。根據(jù)圖像上水體灰度變化情況推測水體受污染程度。用遙感的方法可以測量一定深度內(nèi)的含沙量平面分布情況。例如在MSS5波段的影像上，含沙量高則呈白色調(diào)，清水呈暗色調(diào)。6、固體漂浮物污染凡是漂浮水面的動物殘骸、礦渣、灰燼都