基于实测光谱的太湖水体表面离水反射率研究

水体表面离水反射率是研究水体光学特征的一个重要参数。以2008年11月10日、11日太湖水面实地光谱和水体样本为基础,探讨了蓝藻污染对太湖水体表面离水反射率的影响:蓝藻的存在提高了水体在近红外波段的离水反射率,使红波段出现了明显的吸收谷。通过FY-3A和MODIS卫星的通道响应函数,建立了卫星数据与水体表面离水反射率间的函数关系。在此基础上,利用MODIS卫星数据构建了比值指数(RI),利用该指数成功反演了2008年11月12日太湖水体叶绿素含量(R2=0.72),并获得了叶绿素含量的空间分布。这一结果为分析太湖水面光学特性、水质污染状况提供了重要依据。     

太湖梅梁湖湾蓝藻生物量遥感估算

本文利用陆地卫星TM数据和图像处理方法对太湖富营养化严重的梅梁湖区的浮游蓝藻生物量作了遥感估算。1992年夏季在海梁湖开展了星地同步浮游藻类监测,获得了湖中16个采样点的现场叶绿素a生物量(Q_a)和蓝藻生物量(Q_B)数据,并利用这两组数据分别建立了与差异植被指数DVI的遥感回归模型,从而得到水体中叶绿素a以及蓝藻生物量的空间分布信息。从遥感定量模型出发,运用逐个像元积分统计技术,估算出梅梁湖叶绿素a总量为2133kg、蓝藻总量为178.2t.与地面方法相比,遥感估算方法充分利用了TM数据中的浮游藻类含量分布与变化信息,具有较高的估算精度。     

太湖蓝藻是天灾也是人祸

今年的世界环境日(6月5日)之前发生的无锡水危机,再次敲响太湖生态警钟。小小蓝藻在一夜之间让数百万无锡市民的生活受到严重干扰,也再次敲响了中国水危机的警钟,触动了中国经济发展和环境保护的那根敏感神经。     

基于GF-1号卫星WFV数据的太湖水质遥感监测

为研究高分一号(GF-1)卫星数据监测太湖水质的可行性,基于新发射的GF-1卫星16 m分辨率的多光谱宽覆盖(wide field of view,WFV)相机和HJ-1A CCD数据,对太湖的叶绿素a、悬浮物、透明度和富营养化状况进行遥感监测,以评价GF-1 WFV相机的应用潜力。研究结果表明:GF-1 WFV与HJ-1A CCD数据对水质参数的反演结果具有一致性,可有效反映叶绿素a浓度、悬浮物浓度、透明度和富营养化指数的空间变化规律。其中,太湖西北部分布有少量水华蓝藻,在大面积蓝藻爆发区域附近,叶绿素a浓度明显高于其他区域的水体,平均浓度为62.46 mg·m-3;悬浮物浓度以竺山湾及西部沿岸湖区较大,沿西北向东南方向递减,平均浓度为26.07 mg·L-1;透明度整体从西北向东南递增,与悬浮物浓度的分布趋势相反,平均值为22.1 cm;富营养化指数整体从西北向东南递减,与叶绿素浓度的分布趋势相同,平均值为69.62。遥感监测指标的结果均符合常规监测规律。     

基于小型无人机可见光遥感的蓝藻识别研究

以无人机航拍获取的可见光影像为数据源,研究小面积水域中蓝藻的提取方法。首先采用无人机获取可见光影像,运用4种可见光植被指数对图像进行运算,提出了用于蓝藻识别的可见光归一化差异植被指数与增强型红绿差值植被指数,以人工目视解译统计得到的蓝藻面积作为判别依据。结果表明:利用增强型红绿差值植被指数对湖泊中蓝藻的分类及提取,精度可达95.89%,Kappa系数为97.03,质量稳定,精度较高。     

太湖水生植被NDVI的时空变化特征分析

为了明确太湖不同生态区水生植被长势的变化规律及其影响因子,利用MODIS传感器提供的NDVI数据,分析了太湖2000年—2015年NDVI的时间及空间变化特征。结果表明:太湖水生植被NDVI存在明显的季节变化和年际变化,NDVI每年最小值出现在冬季,最大值出现在植被生长旺盛的8月或9月,其值可达0.35;太湖全湖NDVI多年平均值为0.1,最大值为0.14,出现在2007年。太湖NDVI的空间差异可将太湖划分为不同的植被类型区,太湖西北部(竺山湾和梅梁湾)NDVI最大值可达0.2,植被类型主要以浮游藻类为主,东太湖区域最大值超过0.6,主要以沉水植被为主;太湖不同区域植被动态特征对气象因子的响应也不尽相同,沉水植物生长与平均气温有显著的正相关关系,而浮游植物区的生长状况受平均风速影响较大。     

蓝藻的卫星遥感研究进展

蓝藻在水体中分布广泛，对水体中碳、氮循环起到重要作用。蓝藻体内的藻蓝和藻红蛋白具有特征性光谱，通过这些光谱可以对蓝藻进行卫星遥感监测。本文主要从海洋、内陆水体中蓝藻的卫星遥感和国内水体生物光学研究状况等方面进行阐述，并对未来的研究趋势进行了展望。     

多源卫星测高数据监测太湖水位变化及影响分析

基于Envisat与Cryosat-2卫星测高数据利用波形重跟踪算法提取2003年1月—2019年4月太湖水位信息,并对测高数据进行粗差剔除、卫星间系统误差消除,结合MODIS光学遥感影像提取太湖边界信息,得到长时间序列太湖水位数据。结合气象观测数据和城市人口变迁数据,讨论太湖水位变化规律及其对气候变化以及人类活动影响的响应。结果表明:2003—2009年期间太湖水位呈上升趋势(0.036 m/a),2009—2019年期间太湖水位呈下降趋势(-0.014 4 m/a);地表温度及降水均对太湖水位变化有周期性影响,其中降水的影响更为显著;此外,随着太湖周边城市化进程加快,以2009年为节点,2009年后周边城市人口增长速度加快,城市用水需求加大,导致太湖水位呈下降趋势,表明人类活动对太湖水位变化有整体性影响。     

基于光谱分类的太湖水体后向散射研究

由于时空变化而产生的水体后向散射系数参数化差异一直是影响水质参数遥感定量反演精度的一个重要因素。在对太湖遥感反射率光谱进行分类的基础上,针对影响太湖水体水色的不同主导因子,把太湖水体分为3种类型,分别利用半分析方法和光学闭合原理对后向散射系数进行模拟,在此基础上研究其光学特性及其与水体组分浓度的关系,最后针对3种不同主导类型的水体分别建立了后向散射系数参数化模型。将后向散射特性在不同时间和空间上的差异转化为水体不同主导因子在生物-光学上的差异,从而得到适用于太湖不同湖区及不同季节的后向散射系数参数化模型,为利用分析方法对太湖水质参数进行更为精确的遥感反演提供了基础。     

内陆湖泊颗粒有机碳反演及日变化初步研究

以太湖及洞庭湖为例,检验海洋一类水体颗粒有机碳(particulate organic carbon, POC)浓度遥感估算方法在内陆湖泊二类水体中的适用性,结果表明,一类水体POC反演模型并不适用于二类水体。针对二类水体建立了以近红外波段(834 nm)为因子的单波段POC反演模型以563及834 nm波段组合为因子的两种双波段反演模型,模型验证结果显示,单波段模型的均方根误差(RMSE)为1.12 mg/L,平均相对误差(MAPE)为35.8%,两个双波段反演模型的RMSE分别为1.09 mg/L及1.11 mg/L,MAPE分别为37.3%及37.8%,三种模型均可用于太湖及洞庭湖水体的POC浓度遥感估算。在此基础上,以太湖为例,建立了基于静止轨道卫星海洋水色(GOCI)卫星数据的太湖POC反演模型,反演模型的MAPE为35%。利用5月13日8景GOCI影像,研究了太湖POC浓度日变化,发现POC浓度日变化存在两个阶段:上午至中午的递减阶段和中午至傍晚的递增阶段。     

Tracing high time-resolution fluctuations in dissolved organic carbon using satellite and buoy observations: Case study in Lake Taihu,China

Field measurements of dissolved organic carbon (DOC) concentration and remote-sensing reflectance were conducted to develop a regional, empirical red-blue algorithm to retrieve surface DOC from Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) data for Lake Taihu, China. The auxiliary data (in-situ observations of the optical properties and water quality, buoy measurements of hydrodynamic data and water chemical parameters) were used to investigate the spatial and temporal variations in DOC. GOCI was shown to be capable of successfully obtaining hourly variations in DOC, with a root mean square error percentage (RMSP) of 17.29% (RMSE = 0.69 mg/L) for the match-up data. The GOCI-derived DOC in Lake Taihu confirms that the highest DOC concentration is in northwest Lake Taihu, followed by Meiliang Bay, Gonghu Bay and northeast Lake Taihu. Hourly DOC variation is significant and presents a different trend for each lake segment due to the variety of influencing factors. Discharge of DOC from surrounding rivers is an important factor to the variation of DOC in northeast Lake Taihu. However, organic products of algae will be the primary contributor to DOC when algal bloom occurred. During the period of algal bloom, high DOC levels in Lake Taihu can lead to hypoxia when coupled with high temperatures and low disturbance.     

太湖蓝藻水华遥感动态监测信息系统设计与实现

对于动态监测太湖蓝藻水华空间分布的业务需求,构建相应遥感动态监测信息系统可以为之提供有力支持。本文从系统总体结构和系统技术流程角度介绍系统的构建思路,并且探讨研发本系统的关键技术。本系统采用系统配置与单体模式技术实现系统架构,并设计良好的数据结构组织影像数据处理过程,同时将当前蓝藻水华遥感信息提取的主要方法应用到系统影像建模中,使得本系统在太湖蓝藻水华遥感监测的业务化运行中取得明显效果。     

内陆水体藻类叶绿素浓度与反射光谱特征的关系

通过研究内陆水体反射光谱特征与藻类叶绿素浓度之间的关系,建立藻类叶绿素高光谱定量遥感模型。在实验地太湖地区,采用高分辨率地物光谱仪实地测量了湖水在可见光和近红外波段（３００－１１００ｎｍ）的反射光谱曲线,并且同时采样分析叶绿素、总悬浮固体物质浓度等水质参数。研究发现在叶绿素浓度较高时（〉５μｇ／Ｌ）,水体光谱反射比Ｒ７０５ｎｍ／Ｒ６７５ｎｍ、叶绿素在７００ｎｍ附近反射峰的位置等与叶绿素浓度有较好的     

Plume and bloom: effect of the Mississippi River diversion on the water quality of Lake Pontchartrain

The opening of the Bonnet Carré spillway to prevent flood threat to New Orleans in April 2008 created a sediment plume in the Lake Pontchartrain. The nutrient rich plume triggered a massive algal bloom in the lake. In this article, we have quantified the spatio-temporal distribution of the plume (suspended solids) and the bloom (chlorophyll-a (chl-a)) in the lake using remotely-sensed data. We processed the Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer satellite data for mapping the total suspended solids (TSS) and chl-a concentrations. An existing algorithm was used for estimating TSS whereas a novel slope model was developed to predict the per-pixel chl-a concentration. Both algorithms were successful in capturing the spatio-temporal trend of TSS and chl-a concentrations, respectively. Algal growth was found to be inversely related to TSS concentrations and a time lag of ～45 days existed between the spillway opening and the appearance of the first algal bloom at an observation location.     

遥感在东太湖水环境研究中的应用

本文主要介绍应用多层次、多时相遥感图像研究东太湖水环境的演变的成果。作者将多时相 遥感图像与实时水位资料结合进行了湖盆的三维分析,并对径流流态、水质、水生植物以及围湖。 港、闸等人类工程进行了动态解译。认为东太湖水环境的恶化,是太湖地区洪水情势日益严重的 主要原因之一。 东太湖的退化还与水生植物迅速繁殖有关,并存在着富营养化的危险。若不及时治理,预计 公元2000-2010年间,因东茭咀滩地的扩展,东太湖将与太湖主体隔离,并趋于湮废,目前太湖 的主要排洪工程──太浦河将失效。根据此情势,本文提出了工程措施和生态工程治理相结合的 综合治理设想。     

国土普查卫星资料应用研究情况及对遥感工作的建议

文中主要概述我国1985年和1986年先后发射的两颗国土普查卫星获得的大量有价值的资料, 以及这些资料广泛用于生产、科研与教学工作所获得的一批可喜成果。如京津唐地区和黄河三角 洲地区国土资源与环境调查,黑龙江和江苏太湖等试验区水利方面的研究成果以及塔里木盆地和 山西能源基地试验区地质方面的研究成果等,都产生了明显的社会效益和经济效益。 此外,文章还对今后遥感管理工作提出了建议。     

高浓度盐湖水深遥感研究

在水体遥感理论的基础上，利用相关分析方法确定了TM3是调查盐湖水深的最佳波段； 对高浓度扎布耶盐湖水深进行了定量研究，揭示了扎布耶盐湖水深的空间变化规律，建立了高含盐量盐湖水深的遥感模型。     

洞庭湖吞吐调蓄数学模型及调洪功能评估

洞庭湖是一个吞吐调节型湖泊,是我国第二大淡水湖。近年来,洪涝灾害十分频繁,人们的生命财产安全受到严重威胁。为满足洞庭湖减灾防灾综合治理的需要,本文通过对8个不同时相的TM图像计算机解译和面积计算,查明了洞庭湖的面积和容积,建立了湖水面积与水位及湖水体积与水位的相关数学模型,并对其蓄洪调节能力进行评价,获得了满意的效果。该成果对洞庭湖区防洪减灾及综合治理具有十分重要的意义。