藻源性湖泛发生过程CDOM变化对水色的影响

利用Y-型沉积物再悬浮发生装置模拟湖泛发生过程,分析其中有色可溶性有机物(CDOM)的变化特征及其对水色的影响.结果表明,藻类死亡过程消耗大量的氧气,水中溶解氧在短时间内消失殆尽,形成厌氧环境;并同时分解产生大量CDOM,使得水中CDOM显著增多.前期阶段,CDOM浓度随时间一直升高,第6 d时CDOM浓度达到峰值,CDOM在443 nm处的吸收系数a_g(443)为4.48 m^-1.水体黑度值(FeS浓度)呈先增大后减小的趋势,最大值0.35mmol/L同样出现在第6 d,整个过程中,CDOM浓度和黑度值变化趋势一致,a_g(443)与水体黑度呈显著正相关.利用Hydrolight和CIE颜色匹配函数模拟不同梯度的CDOM对水色的影响,发现随a_g(443)增大,水体颜色也逐渐由绿色转为棕色,整体向长波方向移动,水色逐渐变暗.因此,可以认为CDOM浓度变化是引起湖泛水体发黑的重要原因之一,可作为定量监测湖泛强度的指示性参数.     

湖泊水质遥感研究进展

详述了湖泊遥感水质最新发展动态,如遥感水质模型的数学方法、与水质指标最敏感的波段以及TM、SPOT、MODIS、MERIS、AVHRR、CASI等传感器的适用情况,并分析了可能导致湖泊水质遥感模型误差的原因和解决办法。湖泊各项水质组分与光谱之间相互影响可认为是一种非常复杂的非线性关系,最适合用神经网络这样的黑箱模型来模拟。应当研究和选取敏感波段,用高光谱逐段分析与各种水质指标相关最密切的波段。湖泊水质遥感最终走向实用化必将其与水生态问题结合起来,作为一种监测手段,在水中藻类的时空分布、流域营养物质输送模型和湖泊水域水质模型等问题中得到广泛应用。我国学者使用超光谱数据源获得更为精确的监测成果还比较少,由于我国卫星可以用来进行水质遥感的波段比较宽,应当在新一代的资源环境卫星上加入更适合水质遥感的波段。     

1980s以来巢湖藻华物候时空变化遥感分析

蓝藻水华暴发时间变化一定程度上表征了藻华物候特征,研究藻华物候变化可为湖泊水环境健康问题治理和缓解水生生态系统环境退化提供科学依据。以往巢湖蓝藻水华遥感监测主要基于2000年以来的MODIS卫星数据,限制了对巢湖蓝藻水华暴发时空变化过程的理解。本文利用Landsat扩展时间序列,联合MODIS数据,基于浮游藻类指数和阈值分割技术提取巢湖蓝藻水华,在评估二者藻华提取结果一致性的基础上,获取并分析了巢湖1987-2020年蓝藻水华暴发物候的规律及影响因子。结果表明：(1) 2000年前,巢湖蓝藻水华暴发规模较小,2000年后面积显著上升,大面积蓝藻水华出现频繁,2011年达到最高峰(608.4 km²);(2)1987-2020年间,巢湖蓝藻水华暴发可以分为3个阶段：(1)1987-2004年,巢湖蓝藻水华年暴发开始时间显著提前,暴发持续时间显著增加;(2)2005-2010年,藻华年暴发开始时间显著延迟,但暴发持续时间变化不显著;(3)2011-2020年,巢湖藻华暴发开始、结束和持续时间呈现年际波动,年暴发开始时间、结束时间和持续时间有所提前,但不显著;(3)巢湖...     

大型浅水湖泊水体对流混合速率分析

湖泊水体的对流混合是最基本的物理过程,其能显著影响湖泊生态系统温室气体等循环,但浅水湖泊水体对流混合的研究鲜有报道.本研究基于太湖(面积2400 km2,平均水深1.9 m)中尺度通量网的原位、高频、连续和多点的观测数据,分析该大型浅水湖泊水体对流混合速率w*的时空特征.结果表明太湖水体w*的均值为2.49 mm/s,因太湖的风速、水温和辐射等物理参数无空间变化,w*也无明显的空间变化.但是研究表明w*呈现显著的昼夜变化和季节变化,且昼夜变化幅度强于季节变化.总体上夜间w*是白天的4倍多,冬季w*(均值1.79 mm/s)明显低于春季(均值2.42 mm/s)、夏季(均值2.91 mm/s)和秋季(均值2.82 mm/s).太湖w*主要受风速和能量收支影响,白天风速是主要驱动因子,夜晚能量收支是主要驱动因子.     

太湖有色溶解有机物对水体总吸收贡献的遥感估算

有色溶解有机物(CDOM)是决定自然水体水色的主要溶解物质,其吸光能力和光化降解产物对水体初级生产力和碳循环过程具有重要影响.以太湖为研究区,2004年10月、2008年10月、2010年4月和2011年1月和3月共5期实测数据,采集了333个有效样点,分析不同时期CDOM对水体总吸收的贡献,并利用遥感技术估算[a_CDOM/a_t](412).结果表明:不同时期[a_CDOM/a_t](412)均值变化明显,2011年[a_CDOM/a_t](412)的均值最大(0.369),高于所有样点[a_CDOM/a_t](412)均值(0.295±0.139);201004期的[a_CDOM/a_t](412)在0.046~0.455之间变化,其均值最小(0.236±0.108);200410和200810两期数据[a_CDOM/a_t](412)均值相差不大.竺山湾、梅梁湾与整个太湖相比,竺山湾[a_CDOM/a_t](412)均值较高,对太湖[a_CDOM/a_t](412)的贡献较大,而梅梁湾[a_CDOM/a_t](412)均值与整个太湖相差较小.利用多元线性模型估算[a_CDOM/a_t](412)精度较高(n=333,RMSE=34.60%).悬浮泥沙和浮游色素是影响[a_CDOM/a_t](412)遥感估算精度的主要原因,浮游色素的吸收造成[a_CDOM/a_t](412)的值被低估,而悬浮泥沙的吸收使得[a_CDOM/a_t](412)的值被高估,并且悬浮泥沙是影响CDOM吸收的主要原因.     

基于水体透明度反演的太湖水生植被遥感信息提取

在使用多光谱遥感图像提取太湖水生植被分布时,由于水体中悬浮物和藻类等物质的影响,容易产生"异物同谱"现象,大面积水体被误分为沉水植被.本文首先通过TM图像反演太湖水体的透明度,基于RVI和NDVI植被指数,分别建立两类决策树,即透明度辅助的分类决策树和无透明度参与的分类决策树,将太湖分为水体、以浮叶植被为主导的水生植被和以沉水植被为主导的水生植被等三种类型.透明度辅助下的 NDVl 分类决策树方法,较好地消除分类过程中的"异物同谱"现象,是进行太湖水生植被分类的一种最好方法选择,把这种方法应用于2002年7月15日的Landsat ETM卫星遥感影像,结果表明太湖中以沉水植被为主导的水生植被约407.6km2,以浮叶植被为主导的水生植被约82.2km2.     

基于不同模型的大型湖泊水气界面气体传输速率估算

气体传输速率是湖泊水—气界面温室气体交换通量的重要驱动因子,但其估算具有不确定性.本研究选择3种不同的参数化方程估算大型(面积2400 km2)浅水(平均水深1.9 m)湖泊——太湖水—气界面的气体传输速率,探讨大型湖泊气体传输速率的控制因子和变化范围,为估算模型的选取提供参考.结果表明,气体传输速率的两个重要参数风应力和水体对流混合速率存在夜间高、白天低的变化特征,因此气体传输速率也存在夜间高、白天低的变化特征.总体上太湖气体传输速率主要由风力控制,可以通过风速函数估算得到.太湖水—气界面气体传输速率的年均值为1.27~1.46m/d.因气体传输速率存在空间变化,单一站点参数化的模型可能不适合其他区域湖泊水—气界面气体传输速率的估算,但湖泊的面积可能是一个有效的预测因子.     

湖泊遥感研究进展与展望

湖泊遥感作为一门新型交叉学科,是湖泊科学和遥感科学的重要分支.本文探讨了湖泊遥感科学的研究对象、内容和方法,通过梳理国内外总体研究进展,总结出湖泊遥感的5个发展趋势:(1)关注问题,从兴趣导向发展到问题导向;(2)观测手段,从地基遥感/中分辨率卫星发展到高分辨率/高光谱/无人机;(3)算法算力,从单机版经验/机理模型发...     

基于WebGIS的中国湿地信息系统研究

湿地被称为“地球之肾”，具有独特的生态结构与功能。中国湿地面积约占全球湿地面积的10％，但近年来湿地面积逐渐萎缩，已造成了极为严重的生态恶果。因此总结以往湿地研究成果，确立包括遥感在内的各种湿地信息提取方法，形成包含各种湿地信息的湿地数据子库和管理操作这些数据的湿地信息系统，并确立湿地信息的共享与发布机制，从而加快湿地科研步伐，成为湿地与遥感科技工作者共同关注的问题。WebGIS技术是GIS融合Internet技术发展起来的新技术，具有对大批量数据进行有效的分析管理和快速的查询检索功能。基于WebGIS技术的中国沼泽信息系统的建立有效地满足了湿地科研和开发保护的需要。     

太湖水体遥感反演参数的空间异质性

空间异质性的存在,会导致水质参数遥感反演中的尺度效应,影响反演精度,因此通过分析水质参数空间异质性,对于选择适当分辨率的遥感影像,提高反演精度具有重要意义.通过2008年10月在太湖布置的3个样方,利用GIS地统计学原理和分形维数的方法,对水质遥感反演中的三要素浓度,包括叶绿素a(Chl.a)、总悬浮物(TSM)和溶解有机碳(DOC)的空间异质性及其可能产生的尺度效应进行了研究.结果表明:太湖水体的三要素浓度在不同样方单元中变异系数相差较大,存在着明显的尺度效应;三个样方内Chl.a变异函数曲线斜率在变程范围内变化都较为剧烈,分形维数较高,说明太湖水体Chl.a受到某种起主导作用的生态过程的影响和控制;Chl.a和TSM的空间结构比例都在90%左右,有较强的空间相关性,表明其空间异质性的产生主要是由于结构性因素引起的,随机性因素作用微弱;DOC空间结构比例较小,说明随机性因素对其空间异质性的产生起了主导作用.三个样方中Chl.a的变程分别为147.3m、129.3m和115.0m,TSM的变程分别为1131.7m、130.6m、149.1m,因此在遥感反演中可选择TM影像,选择5×5窗口,以150m×150m作为基本单元;而DOC的变程分别为34.3m、38.5m、26.4m,表明其自相关距离较小,建议直接选择分辨率为30m的TM影像,使实际测量值与遥感影像最小单元相对应,消除反演过程中的尺度效应带来的误差.该研究也表明,MODIS的像元尺寸(250、500、1000m)明显偏大,在太湖水体三要素反演过程中,由于空间异质性引起的尺度效应,会造成一定的误差.