结合Landsat ETM与实测光谱估测太湖叶绿素及悬浮物含量

实地测试太湖水体的反射光谱,实验室分析水样,运用相关分析法探求叶绿素、悬浮物的光谱特征波段,估测叶绿素和悬浮物含量;对比LandsatETM波段,运用不同的函数曲线对相应的波段组合进行回归拟合,建立相应的估测模型,选取精度最好的两个分别对太湖的叶绿素和悬浮物含量进行估测.结果表明:(1)对多光谱遥感而言,LandsatTM/ETM是定量获取叶绿素和悬浮物的较好的数据源,但不是最适合的数据源;(2)通过ETM3与叶绿素建立一定的函数关系来估测叶绿素含量具有较高的精度,其中利用算术组合ETM3/ETM1估测叶绿素的精度最高;(3)ETM4与悬浮物具有较高的相关度,其中利用算术组合ETM4/ETM1估测悬浮物含量的精度最高;(4)LandsatETM卫星影像中,不同尺寸的像元窗口影响水质参数的估测精度;对叶绿素估测而青,7×7或者5×5窗口比较适合,对悬浮物估测而言,一般不超过3×3.     

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.     

太湖秋季水体遥感反射比的简单经验估测模型

2004年10月现场测量了太湖水体的遥感反射比、后向散射系数以及其他必要参数,实验室测量了水体的悬浮颗粒物质浓度.首先把太湖划分为3个大区,即遥感反射比受湖底影响的区域(影响区)、不受湖底影响的区域(非影响区)以及可能受湖底影响的区域(可能影响区),然后再把太湖分为高混浊、中混浊、低清澈以及高清澈等4类水体类型,分别列出了各种水体区域类型的相关属性数据.在整个太湖区域范围内,建立了后向散射和悬浮颗粒物质浓度的经验回归模型;仅在非影响区内,建立了遥感反射比和后向散射的经验回归模型,并可以利用悬浮颗粒物质浓度直接估测遥感反射比.最后详细分析了模型的精度.     

一种基于MODIS影像可业务化运行的巢湖水体叶绿素a估算算法

现有水色卫星主要是针对大洋清洁水体设计,内陆浑浊水体多数波段经常饱和;而发展可以业务化运行的内陆水体叶绿素a算法,为生产实践服务,一直是水色遥感的重点和难点之一.利用2013年巢湖星地同步数据(N=55),通过经验正交函数(empirical orthogonal function,EOF)分析方法,选用MODIS唯一不饱和的4个波段(469、555、645、859 nm)数据进行分解,然后回归建模;并使用第三方独立的巢湖实测数据(N=40)进行验证(R2=0.63,URMSE=85.46%).结果表明:该算法用于MODIS影像上,空间分布合理,季节差异明显,且在高悬浮物水体、不同气溶胶条件下均有很好的抗扰动性.实践证明EOF算法可以应用于业务化运行的内陆水体叶绿素a浓度估算,并对其他水色参数反演具有一定的借鉴意义.     

太湖蓝藻水华的预防、预测和预警的理论与实践

综述了蓝藻水华预防、预测预警的重要意义及其理论与技术体系.基于作者所提出的将蓝藻水华形成分为休眠、复苏、生长和上浮聚集形成水华的四阶段理论,以及太湖蓝藻越冬、春季复苏和水华形成的时空规律,提出了太湖蓝藻水华的预防理念.综述了国内外蓝藻水华形成与预测研究进展,阐述了蓝藻水华形成关键过程的主导生态因子及其阈值:确定了水华蓝藻越冬的空间分布与生命特征,利用室内模拟实验和野外原位观测与捕捉,得到了蓝藻春季复苏的室内和野外温度阈值分别为14℃和9℃,发现了蓝藻复苏量与有效生理积温呈正相关的基本规律;初步揭示了水华蓝藻生长竞争优势形成的生物学与生态学机理以及光利用策略,利用细胞分裂频率法测定了夏季太湖水华蓝藻的原位生长速率为0.2-0.4;确定了在不同水文气象条件下,水华蓝藻在水体中垂直分布和在不同湖区之间输移的基本格局,发现藻类在水体中各层间百分含量的变异系数随着风浪的增大而减小,进一步证明了蓝藻水华形成是在适当水文气象要素驱动下,已经成为优势种群的水华蓝藻在湖体中空间位置的改变而引起的.建立了太湖蓝藻水华预测模型和工作流程,在2007年和2008年在太湖实施了未来3d的蓝藻水华预测预警,预测分析了2008年全年太湖蓝藻水华情势.对预测结果的回顾性评估与分析表明,目前已有的理论研究结果和预测工作流程可以对太湖蓝藻水华发生概率、发生地点和强度进行预测,预测准确率达到60%-80%.此外,还提出了未来蓝藻水华预测的研究方向.     

湖泊水质遥感的几个关键问题

我国目前约有面积大于1km2的湖泊有3000个,绝大部分属高叶绿素和高悬浮物浓度水体,属于典型的Ⅱ类水体,物质组成多样,水体的光学辐射传输复杂,且有大范围的光学浅水.我国的湖泊水质/水色遥感虽然取得了一定进展,但借鉴海洋水色遥感的相关理论和经验,还需要解决以下四个关键问题:1)兼顾海洋沿海水质遥感,发展专用的静止卫星湖泊水质遥感器;2)在当前多光谱遥感资料基础上研发高光谱湖泊水质因子提取的遥感定量化模型,提高反演精度;3)深化湖底底质对湖泊水质/水质遥感影响研究,发展湖底水质遥感反射率精确计算模型;4)发展适用于湖泊水体区域性Ⅱ类水体大气校正方法,并集成反演、遥感产品制作、分发等技术,构建湖泊水体水质/水色业务化运行体系.     

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.     

从空间数据库中挖掘频繁邻近类别集的一种新算法

提出了一个邻近类别集挖掘的新算法。与已有算法相比，新算法能够找到完备、正确的邻近类别集的集合，并且给出了算法正确性和完备性的理论证明。     

湖泊水色遥感参数获取与算法分析

湖泊物质组成的复杂性使得湖泊水色遥感难于对海洋Ⅰ类水体的水色遥感,解决难点的关键是湖泊固有光学特性的高精度测量,建立表观光学特性与固有光学特性的关系即生物光学模型是较为适合湖泊水色遥感的技术方法,其中涉及到大气、水体以及水气界面处的辐射传输定律,而去除大气影响是提高湖泊水色反演精度的关键技术之一,分析了获取离水辐亮度所涉及的内容和算法,概括了目前适用于湖泊水色遥感反演的大气校正方法,详细分析了固有光学量的计算方法以及实现湖泊水色遥感的正演和反演的步骤和方法;最后提出了实现我国湖泊水色遥感需要重点研究的问题。     

长江三角洲地区城市规模分布的时空演变特征

从不同的角度对改革开放以来长江三角洲地区城市规模分布的演变进行了较为系统的研究.结果表明:(1)长三角城市体系经历了首位型一位次型一首位型分布模式,城市首位度降低,并不能排除城市规模呈现首位型分布;(2)就整个研究期间而言,长三角城市体系呈现较弱的收敛增长态势;(3)规模相对较大的城市,其维持自身状态的可能性较大.从长期发展趋势来看,长江三角洲地区将有高达78%的城市的人口规模低于同期平均水平,人口规模超过平均水平2倍以上的大城市数量将有所减少;(4)长三角城市体系在总体上并没有呈现均匀的空间分布格局,空间极化现象一直比较明显.随着改革进程的加快,在苏南、环杭州湾一带地区出现的空间集聚现象不断加强,这与苏北、浙南地区空间分布格局的相对平静形成了鲜明对比.