巢湖蓝藻水华时空分布(2000-2015年)

巢湖是我国五大淡水湖之一,近年来水体富营养化严重,蓝藻水华频繁暴发.通过收集2000-2015年晴好天气下2478景MODIS Terra和Aqua影像,利用浮游藻类指数,提取巢湖蓝藻水华时空分布数据.结果显示,巢湖蓝藻水华覆盖面积、暴发频率以及持续时间都在增加,每年最初暴发时间提前.从分布上来看,西巢湖依然严重,中巢湖、东巢湖水华暴发面积较以往大大增加;过去16年内巢湖蓝藻水华暴发频率持续增长,其中2007年最为严重,2008-2010年暴发频率出现缓和,此后又出现增长趋势.这些研究结果有助于掌握蓝藻水华的情况,为巢湖科学治理提供了数据支持.     

富营养化湖库天-空-地一体化监控平台系统设计与实践

湖泊和水库是我国的主要饮用水源地,但大都处于富营养化状态,蓝藻水华频发,已成为影响社会稳定、制约区域社会经济可持续发展的重大问题.蓝藻水华的整体应对策略,已经从被动应急转变为主动防御;但要做到主动防御,必须有现代化全方位的蓝藻灾害监测监控手段和体系,及时掌握蓝藻水华及其衍生灾害现状和动向,在未发生或者刚发生时及时觉察.本文针对富营养化湖库富营养化引起的蓝藻水华应急监控问题,按照"整个湖体、重点区域、关键位置"3个监测层次,利用中高分辨率卫星、无人机、岸基/平台视频、自动浮标、人工巡测等技术或手段,围绕"现状掌握、异常报警、原因追溯"的建设目标,提出了天-空-地一体化监控系统建设框架,明确了不同手段的协同方式和业务流程,并正在巢湖进行应用实践.相信本文提出的系统架构不仅在巢湖,在更多的富营养化湖库都具有重要的应用和推广价值.     

太湖草型湖区底质对遥感反射比的贡献

水体的光谱特性主要表现为体散射而非表面反射,光学浅水中,光穿透水体而到达水底,离水辐射包含水体自身的贡献以及底质反射并透过水体到达水面的贡献.2004年10月试验获取了太湖67个样点的遥感反射比、后向散射以及吸收等表观光学量和固有光学量,同时测量了叶绿素、悬浮物和DOC含量,以及其他相关参数,如透明度、水深;以草泥均匀分布的水平朗伯性湖底、均质水体为假设条件,使用LEE模型,计算了太湖草型湖区底质对恰在水面下遥感反射比的贡献,同时计算了漫垂直衰减系数;分析了漫垂直衰减系数与透明度、悬浮颗粒以及与无机悬浮颗粒的关系,同时分析了漫垂直衰减系数与底质贡献的关系,从而为太湖水质参数遥感反演精度的提高打下了良好的基础并有了定量判断底质贡献的科学依据.     

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ag(443)为4.48 m-1.水体黑度值(Fe S浓度)呈先增大后减小的趋势,最大值0.35 mmol/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,ag(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ag(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.     

太湖蓝藻水华遥感监测方法

利用遥感技术监测太湖蓝藻水华具有重要的现实意义.基于不同遥感数据,包括MODIS/Terra、CBERS-2 CCD、ETM和IRS.P6 LISS3,结合蓝藻水华光谱特征,采用单波段、波段差值、波段比值等方法,提取不同历史时期太湖蓝藻水华.结果表明:MODIS/Terra数据可以利用判别式Band2＞0.1和Band2/Band4＞1提取蓝藻水华;CBERS-2 CCD、ETM和IRS-P6 LISS3数据可以利用Band4大于一定阈值和Band4/Band3＞1提取蓝藻水华;波段比值(近红外,红光＞1)算法稳定,可以发展成为蓝藻水华遥感提取普适模式.同时,本文成功利用ETM和IRS.P6 LISS3数据Band4波段对蓝藻水华空间分布强度进行了五级划分.这为今后利用遥感技术,建立太湖蓝藻水华监测和预警系统莫定了基础.     

近30年来青藏高原羌塘地区东南部湖泊变化遥感分析

以多时相Landsat TM/ETM+影像、CBERSCCD影像和早期1∶10万地形图为数据源,选取羌塘高原东南部22个面积较大的湖泊作为研究对象,借鉴城市扩展研究的思路,引入变化强度指数和象限方位分析等方法,从面积、强度和空间分异特征等多个方面对该区湖泊近30年来的变化进行分析.结果表明,1975-2005年间研究区湖泊呈扩张趋势,总面积共扩大了1162.19km2;色林错扩张面积最多,达510.02km2,以北部扩张最为明显;国加轮湖扩张强度最大;造成区域内湖泊面积扩张的主要因素是冰雪融水量的增加、降水量的增多以及蒸发量的减少.     

结合温度因子估算太湖叶绿素a含量的神经网络模型

神经网络方法估算复杂水体水质参数的优越性已经得到证实.基于太湖水体实测叶绿素a浓度,利用MODIS 250m影像和反演得到的水温数据建立了估算太湖水体叶绿素a含量的两个单隐层BP神经网络模型:NN1模型不含温度因子、NN2模型包含温度因子,采用Levenberg-Marquardt算法训练网络,利用初期终止方法提岛网络泛化能力,均取得了较高估算精度,其中包含温度因了的反演模型精度稍有提高,但不显著.     

巢湖蓝藻水华监测预警与模拟分析平台设计与实践

近20年来,巢湖蓝藻水华频繁暴发,对流域内居民生活和社会生产产生了严重影响.由于缺乏蓝藻水华全方位监测、高精度模拟和智能化分析手段,传统方法难以实现"现状掌握、异常识别、原因追溯、未来模拟"的目标,无法满足巢湖蓝藻水华科学防控与应急处置的要求,蓝藻水华引起的突发事件随时可能发生.本文针对巢湖蓝藻水华的全面监测和应急决策...     

流域水环境遥感研究进展与思考

卫星遥感作为一种先进的水环境监测技术手段,可以监测现状,掌握现有情况;也可以追溯过去,揭示变化规律;同时还可以结合动力模型,模拟未来。这为人类了解、掌握和管理流域水环境变化发挥不可替代的作用。特别是近10 a已经进入“高分卫星时代”,卫星传感器的空间分辨率越来越高,可观测的参数越来越多,反演和估算精度越来越高。但是,目前还缺乏从流域角度阐述水环境遥感的相关综述文章。论文围绕“流域水环境遥感”研究主题,明确了研究的对象和范围,厘清了基本理论框架,并结合大家关注的问题,包括卫星数据源、水环境模型、富营养化湖泊藻类富集、水生植被退化、水面积变化等方面的研究进展和存在的问题进行了回顾和梳理;并指出在全球变暖和人类活动加剧背景下,未来需要研发专门面向流域水环境的天-空-地立体观测体系和系统框架,开展全流域统筹的水环境遥感监测和模拟,同时加强流域水体碳循环遥感研究。     

巢湖藻类高斯垂向分布结构参数的遥感估算

藻类垂向分布异质性导致了遥感反演的湖泊表层叶绿素a浓度结果与单元水柱内藻类生物量间不存在一一对应的关系,因此有效确定藻类垂向分布结构是遥感反演湖泊藻类生物量的基础.受自身因素和外环境条件的影响,藻类垂向分布结构呈现出多种类型,其中高斯类型应用最广.本文基于3200组HydroLight模拟的高斯垂向数据构建BP神经网络,实现用MODIS数据相对应的3个波段的遥感反射比R_(rs)(469)、R_(rs)(555)、R_(rs)(645)和表层叶绿素a浓度共同估算高斯垂向分布结构参数h和σ.经巢湖地面实测数据验证显示,h和σ的估算值与实测值的相关系数分别为0.97和0.95,对应的相对误差分别为13.20%和12.36%,两者相对误差同时小于30%的占总数据量的87.5%,表明该BP神经网络估算巢湖藻类高斯垂向分布结构的有效性和准确性,为基于卫星遥感数据获取湖泊藻类生物量提供了重要的理论基础.