适用于多种卫星数据的太湖水体漫衰减系数估算算法

下行漫衰减系数(K_d)是描述水下光场的重要参数,决定水体真光层深度,影响着浮游藻类初级生产力及其分布特征.基于2008—2013年太湖4次大规模野外试验数据,分析太湖水体漫衰减系数特征及其影响因素,建立适用于多种卫星数据且较高精度的太湖水体490 nm处下行漫衰减系数估算模型.结果表明:无机悬浮物是太湖水体漫衰减系数的主要影响因素;红绿波段比值(674 nm/555 nm)最适合于太湖K_d(490)估算,模型反演精度较高(N=72,R~2=0.72,RMSE=0.89 m~(-1),MAPE=21.58%);利用实测光谱数据,模拟得到MODIS/EOS、OLCI/Sentinel-3、GOCI/COMS和MSI/Sentinel-2等主要传感器波段的信号,构建适用于多种卫星传感器K_d(490)估算的红绿波段模型,建模精度较高(N=72,R~20.7,RMSE0.9 m~(-1),MAPE22.0%),且进行了验证(N=37,R~20.7,RMSE0.9 m~(-1),MAPE22.0%).     

巢湖水体漫衰减系数空间差异及其遥感反演

根据2009年6月巢湖32个样点的实测数据,分析巢湖水体漫衰减系数光谱特征、主导因子、空间分布规律以及400-700nm各波段Kd与Kd(490)之间的关系,并在此基础上,建立了Kd的遥感反演模型.结果表明:巢湖水体Kd具有一致的光谱特征,400-600nm之间Kd随波长的增加呈指数衰减趋势,在600-700nm之间的...     

基于环境一号卫星高光谱遥感数据的巢湖水体叶绿素a浓度反演

三波段模型是基于生物光学模型构建的叶绿素a浓度反演半分析模型,是目前反演内陆富营养化浑浊水体叶绿素a浓度效果较好的方法.本文通过星地同步实验,分析巢湖水体各组分光谱特征,分别基于地面实测数据与环境一号卫星高光谱遥感数据建立三波段模型反演巢湖水体叶绿素a浓度.结果表明,由于特征波段在不同数据源的位置不同,导致了两个模型波段选择及反演精度的差异.因此,只有在充分考虑遥感数据的光谱特征的条件下,分析遥感信息理论和实际图幅影像有效结合在一起的地物信息,才能进一步优化三波段模型的波段选择,实现遥感数据定量反演水体叶绿素a浓度的目标.     

基于Landsat 8 OLI影像反演的湖北大冶湖水体光学衰减特性

水体光学衰减特性直接影响湖泊的清澈程度和沉水植被的生存,利用遥感技术获取湖泊光学衰减分布特性能极大提高效率.基于2017-2019年的原位调查数据,利用Landsat 8 OLI影像开发了大冶湖水体光学衰减系数(Kd)的遥感反演模型,并分析大冶湖水体Kd的多年时空分布特性与驱动机制,以期为大冶湖流域的修复与管理提供参考...     

KPAR:一个数值模糊的光学量

光合有效辐射(PAR)的漫衰减系数KPAR是水环境研究中经常使用的一个光学量.水体的漫衰减系数与波长紧密相关,随着水体深度的不断增加,PAR频谱收缩到具有更小衰减系数的波长处,对上层水体或者混合均匀的水体而言,此时的KPAR与水深关系极为密切.为了更为准确的描述PAR剖面,获取更可靠的光学衰减参数,强调了KPAR数值的模糊性,倡导正确表达KPAR的垂直变化.     

Lee生物光学模型在不同水体组分特性下的适用性

辐射传输模型和生物光学模型均可用于模拟水体遥感反射率.前者模拟精度高,但计算复杂.不利于水质参数的反演;后者简便易反演,但在浑浊水体中的模拟精度还有待进一步检验.本文通过设计大量不同组分浓度组成的水体,以辐射传输模型(即Hydrolisht模型)模拟结果为真值,对生物光学模型(即Lee模型)模拟二类水体遥感反射率的精度...     

龙感湖水体光学特性的观测

基于2002—2003年秋、夏季原位水下光场巡测及连续定点观测资料分析了龙感湖不同湖区及不同风浪条件下水体的光学特性,探讨了光衰减系数、辐照度比的光谱分布、空间差异及不同风浪条件对水下光场的影响.结果表明,水下光谱在紫光波段衰减最强烈,其次是蓝光,红、绿光衰减最弱,并且向下辐照度衰减系数一般要大于向上辐照度衰减系数.秋季L1-L3点向下辐照度400—700nm波段衰减系数的变化范围分别为0.71—3.60、1.06—3.72、0.78—2.89m-1;光衰减系数的空间分布是位于湖中心的12点要略大于两边的L1、L3点;辐照度比的变化趋势极为一致,最低值出现在短波蓝光波段,最高值出现在550—600nm之间;从小风浪到中风浪、大风浪其PAR衰减系数分别是1.74、2.02、2.45m-1;透明度、衰减系数与悬浮物浓度相关性最好,决定系数在0.7以上,但其变化除受悬浮物影响外还要受制于溶解性有机物和浮游植物;440nm波长衰减系数(Kd(440))与悬浮物(SS)、溶解性有机碳(DOC)、叶绿素a(Chl.a)的多元线性回归方程为:Kd(440)=0.514—0.075SS 0.125DOC 0.100Chl.a(R2=0.87,N=8,P≤0.05)     

基于泥沙因子的水深遥感反演模型

针对悬浮泥沙影响水体遥感测深精度的问题,选择长江口南港至南槽为研究区,通过对遥感测深方法研究,结合悬浮泥沙光谱特性分析,把"泥沙因子"引入到水体遥感测深反演模型中,研究表明:1)单因子非线性模型中,指数模型对0-2m的水深反演效果较好,对数模型对2-7m的水深反演较好,二次回归模型对7-14m的水深反演效果较好:2)建立的BP人工神经网络水深反演模型综合了多个波段具有的水深信息,模型的反演效果好于单因子非线性模型;3)实验构建的泥沙遥感参数综合了不同波段具有的悬沙信息,削弱了叶绿素和外界环境条件对泥沙信息的干扰,可较好地反映悬沙浓度变化特征;4)建立的BP人工神经网络泥沙因子水深反演模型削弱了悬浮泥沙对遥感测深的影响,模型实际反演能力明显优于单因子非线性模型和多因子BP人工神经网络水深反演模型.     

基于浮油膜双光束干涉模型的油膜厚度遥感反演理论

海面浮油膜是海洋石油污染监测与海洋油气资源勘探的共同关注对象,其厚度的遥感定量反演是研究难点之一.随着油膜厚度的变化,入射光在浮油膜中的辐射传输有所不同,是海面浮油膜厚度光学遥感反演的理论依据.本研究将均匀分布的浮油膜视为一个平行平板,分析其可见光范围内的辐射传输过程,探讨油膜反射光的双光束干涉,构建以油膜厚度及其光谱反射率为变量的油膜厚度遥感定量反演模型,并结合菲涅耳公式进行模型参数的物理意义分析,揭示油膜厚度遥感定量反演的关键在于油膜的消光特性.利用油膜光谱响应实验数据,开展理论模型的分析与验证,结果表明：油膜厚度遥感定量反演的理论模型不仅具有明确的光学物理意义,同时也具有较好的模拟精度;浮油膜光谱反射率随厚度变化响应的主要因素是油膜对入射光的分子散射作用,该散射作用与入射光波长具有显著的关系,因此油膜光学遥感散射特性研究将有助于油膜种类识别与厚度的遥感定量反演;模型参数的理论意义与数据分析表明,建立典型油种油膜的模型参数查找表,将有效提高海面浮油膜厚度遥感定量反演的效率.     

青藏高原典型湖库光学吸收特性与光合有效辐射衰减系数初步研究

青藏高原地区分布的湖泊数量众多、面积较大、分布范围广泛.受制于恶劣的自然条件,对该地区湖泊的光学吸收特性以及光合有效辐射衰减系数(Kd(PAR))的研究鲜有成果.本文依据2014和2015年间采集的13个典型高海拔、湖泊面积较大的湖库的现场实测数据和实验室测定数据,分析了采样湖库各个采样点的Kd(PAR)特征以及有色可溶性有机物(CDOM)、藻类颗粒物吸收及非色素颗粒物吸收特性,计算并分析了Kd(PAR)与透明度以及光学活性物质的关系.研究结果表明:青藏高原地区各湖库平均各项颗粒物吸收系数均较低,总颗粒物吸收系数在400~700 nm波段内不超过0.14 m~(-1)、CDOM吸收系数在355 nm波长处最高,为1.23 m~(-1)、最低接近于0、藻类颗粒物吸收特性不明显;实验数据完整的巴木错、格仁错和班公错的主导吸收组分各异,其中巴木错为CDOM吸收主导,格仁错与班公错为非色素颗粒物吸收主导;青藏高原采样湖泊总体Kd(PAR)平均值较小,仅为0.26 m~(-1),样点最大值出现在可鲁克湖(1.17 m~(-1)),最小值出现在普莫雍错(0.10 m~(-1));在采样湖泊中Kd(PAR)与透明度呈显著相关;Kd(PAR)与CDOM的相关性最强,叶绿素a浓度次之,与总悬浮颗粒物浓度的相关性最不显著.     

基于Matlab的三峡水库地震数据处理与分析

本文以Matlab为平台,编制了相应的程序代码,实现了SAC二进制数据读取、地震观测报告数据检验、频谱分析、地震数据的互相关计算和各种地震数据成图等项功能,并将它们运用于长江三峡水库地震加密台网数据的处理.结果表明,三峡库区地震都属于水库诱发地震,在仙女山断裂过江段、九湾溪断裂附近的地震属于断层因蓄水诱发的错动事件;巴东库区神龙溪两岸地震明显呈现出3条线性分布,这是由于水库蓄水后库水从神龙溪两岸等地下暗河渗入而诱发的地震;在长江三峡库区泄滩乡以西的两岸则存在着一些与蓄水相关的塌陷地震.     

三峡水库童庄河浮游植物及其与水质的关系

通过对三峡水库支流童庄河库区的浮游植物进行调查,共检出浮游植物132种,其中蓝藻门23种,隐藻门2种,甲藻门3种,硅藻门55种,裸藻门3种,绿藻门46种.其中硅藻门的种类居首位,甲藻和隐藻则在数量上占优势.主要优势种为飞燕角甲藻(Ceratium hirundinella)和隐藻一种(Cryptomonas sp.).浮游植物的种类和数量随季节和水域不同而呈现差异.应用水质理化指标、污染指示种和污染指示群落评价童庄河水质,显示其水质为Ⅴ类,为β-中污型水体.     

Unexpected sedimentation patterns upstream and downstream of the Three Gorges Reservoir: Future risks

This paper summarizes the latest developments, future prospects, and proposed countermeasures of reservoir sedimentation and channel scour downstream of the Three Gorges Reservoir (TGR) on the Yangtze River in China. Three key results have been found.(1) The incoming sediment load to the TGR has been significantly lower than expected.(2) The accumulated volume of sediment deposition in the TGR is smaller than expected because the overall sediment delivery ratio is relatively low, and the deposition in the near-dam area of the TGR is still developing.(3) River bed scour in the river reaches downstream of the Gezhouba Dam is still occurring and channel scour has extended to reaches as far downstream as the Hukou reach. Significantly, sedimentation of the TGR is less problematic than expected since the start of operation of the TGR on the one hand;on the other hand, the possible increases in sediment risks from dependence on upstream sediment control, deposition in the reservoir, and scour along middle Yangtze River should be paid more attention.(1) Sediment trapped by dams built along the upper Yangtze River and billion tons of loose materials on unstable slopes produced by the Wenchuan Earthquake could be new sediment sources for the upper Yangtze River. More seriously, possible release of this sediment into the upper Yangtze River due to new earthquakes or extreme climate events could overwhelm the river system, and produce catastrophic consequences.(2) Increasing sediment deposition in the TGR is harmful to the safety and efficiency of project operation and navigation.(3) The drastic scour along the middle Yangtze River has intensified the down-cutting of the riverbed and erosion of revetment, it has already led to increasing risk to flood control structures and ecological safety. It is suggested to continue the Field Observation Program, to initiate research programs and to focus on risks of sedimentation.     

三峡库区浮游植物群落结构特征及水生态评价

2020年是长江禁渔开局之年,三峡库区作为长江的重要生态屏障,其水生态环境健康对长江大保护的实施具有重要意义。本文于2020年8月、11月及2021年1月、4月在三峡库区干支流共设置19个断面探究浮游植物群落结构特征,并利用生物量、多样性指数、综合营养状态指数和浮游植物Q指数等多种评价方法评价三峡库区水生态健康并分析其影响因素。结果表明:(1)三峡库区共鉴定出浮游植物8门105属266种,年平均丰度为6.4×10⁴ cells/L,年平均生物量为0.038 mg/L。不同季节优势种组成不同,变异直链藻(Melosira varians Agardh)、骨条藻(Sheletonema spp.)、脆杆藻(Fragilaria spp.)为全年优势种。(2)三峡库区共划分24个功能群,B、D、MP、S1、P、Y为优势功能群。RDA分析表明,电导率、总氮、化学需氧量、总磷、pH、总溶解性固体与三峡库区四季功能群呈现显著关系。(3)相较于丰度、生物量和多样性水质评价结果,浮游植物Q指数更适用于三峡库区水生态评价,显示三峡库区干流水生态环境总体较好,但春、夏两季支流浮游植物...     

三峡库区人居环境气候适宜性

运用GIS技术,在充分考虑气温、湿度、风速以及日照等条件下,计算了1995年1月至2010年12月三峡库区22个气象站点的温湿指数和风效指数及其时空分布,对三峡库区人居环境气候适宜性的总体分布趋势进行分析.并以2003年6月三峡工程一期蓄水作为时间中点,分析了三峡工程蓄水前后库区人居环境气候适宜性变化,同时对库区水位与气象要素的相关性进行定量分析.结果表明:从11月到翌年3月,库区气候偏冷,属于较不舒适人居环境;夏季的6-9月,整个库区气候偏热,属于较不舒适的人居环境;库区年均温湿指数和风效指数均呈现明显的地区差异,整体表现为由库区中部向东西递减的趋势;库区气候适宜性指数在三峡工程前后变化明显,库区水位与气候适宜性因子在2003年6月以前没有显著的相关性,在2003年6月以后,与温湿指数呈显著正相关,而与风效指数呈显著负相关.     

Characteristics of sedimentation and channel adjustment linked to the Three Gorges Reservoir

Construction of large dams is attractive because of their great benefits in flood control,hydropower generation,water resources utilization,navigation improvement,etc.However,dam construction may bring some negative impacts on sediment transport and channel dynamics adjustments.Due to the effects of recent water and soil conservation projects,sediment retention in the newly constructed large upstream reservoirs,and other factors,the sedimentation in the Three Gorges Reservoir(TGR)is quite different from the amount previously predicted in the demonstration stage.Consequently,based on the measured data,characteristics of sedimentation and the related channel deformation in the TGR were analyzed.The results imply that sediment transport tended to be reduced after the Three Gorges Project(TGP).Sedimentation slowed dramatically after 2013 and indicated obvious seasonal characteristics.Due to the rising water level in the TGR in the flood season,the yearly sediment export ratio(Eratio)was prone to decrease.The water level near the dam site should be reasonably regulated according to the flow discharge to improve the sediment delivery capacity and reduce sedimentation in the TGR,and to try to avoid situations where the flood retention time is close to 444 h.The depositional belt was discontinuous in the TGR and was mainly distributed in the broad reaches,and only slight erosion or deposition occurred in the gorge reaches.Sedimentation in the broad and gorge reaches accounted for 93.8% and 6.2% of the total sedimentation,respectively.The estuarine reach located in the fluctuating backwater area experienced alternate erosion-deposition,with a slight accumulative deposition in the curved reach.Sedimentation mainly occurred in the perennial backwater area.The insight gained in this study can be conducive to directly understanding of large reservoir sedimentation and mechanism of channel adjustment in the reservoir region in the main channel of large river.     

三峡水库与长寿湖水库鱼类碳、氮稳定同位素特征及营养级的比较

为探究人为活动对水库鱼类食物来源和营养级关系的影响,选择人为影响程度较低的三峡水库和影响程度较高的长寿湖水库为研究对象,应用碳、氮稳定同位素技术对两个水库鱼类δ¹³C值、δ¹⁵N值和营养级进行比较分析.结果显示：长寿湖水库鱼类δ¹³C平均值（-22.66‰±1.94‰）与三峡水库（-22.59‰±1.87‰）较为接近,但长寿湖鱼类的δ¹⁵N值（13.95‰ ±3.02‰）显著高于三峡水库鱼类的δ¹⁵N值（11.98‰ ±2.25‰）.根据δ¹⁵N值计算不同食性鱼类间的营养级,三峡水库营养级为肉食性鱼类 > 杂食性鱼类 > 浮游生物食性鱼类 > 草食性鱼类;而长寿湖中则表现为浮游生物食性鱼类 > 肉食性鱼类 > 杂食性鱼类 > 草食性鱼类,营养级出现了异常现象.这一结果表明,对于人为影响（如人工喂食鱼饲料等）较大的水体,采用δ¹⁵N值计算不同食性鱼类间的营养级存在不确定性.