国外应用微分光谱反射率估测水中悬浮物含量的研究简介

利用光谱反射率(R_λ)估测水中悬浮物含量的基础是水体中悬浮物含量与水体反射光谱之间存在一定的相关性,但这种相关性要满足下述条件才能成立,即在研究的波段范围内,环境变化因子(照度、子像元、云等)影响很小,或者这种影响对所有的波段都是一个附加常数。而这样的条件往往是不会成立的。在国外又研究出一种估测水中悬浮物含量的新方法,即微分光谱反射率(dR_λ)方法,目前在实验室和海上两种环境条件的应用研究中,都取得了很好的效果。     

围海造陆工程泄水口悬浮物扩散规律分析

掌握围海造陆工程泄水口悬浮物扩散规律,对保护海洋水环境质量具有重要意义。选取围海造陆工程泄水口为研究对象,基于泥沙对流扩散方程,推求出泄水口悬浮物扩散平面二维分析解表达式。开展现场观测,确定泄水口源强取值,并对泄水口悬浮物扩散进行理论计算和分析。研究结果显示,围海造陆工程施工后期,泄水口悬浮物流失非常严重。泄水口附近水域出现的最大悬浮物浓度主要由源强的大小来决定,悬浮物扩散范围主要由流速的大小来控制。     

Continuous Measurement of Number Concentrations and Elemental Composition of Aerosol Particles for a Dust Storm Event in Beijing

A continuous measurement of number size distributions and chemical composition of aerosol particles was conducted in Beijing in a dust storm event during 21-26 March 2001. The number concentration of coarse particles （ 〉2μm） increased more significantly than fine particles （ 〈2μm） during the dust storm due to dust weather, while the anthropogenic aerosols collected during the non-dust-storm period tended to be associated with fine particles. Elemental compositions were analyzed by using proton-induced X-ray emission （PIXE）. The results show that 20 elements in the dust storm were much higher than in the non-dust-storm period. The calculated soil dust concentration during the dust storm was, on average, 251.8μg m^-3, while it was only 52.1μg m^-3 on non-dust-storm days. The enrichment factors for Mg, A1, P, K, Ca, Ti, Mn, Fe, C1, Cu, Pb, and Zn show small variations between the dust storm and the non-dust-storm period, while those for Ca, Ni and Cr in the dust storm were much lower than those in the non-dust-storm period due to significant local emission sources. A high concentration and enrichment factor for S were observed during the dust storm, which implies that the dust particles were contaminated by aerosol particles from anthropogenic emissions during the long-range transport. A statistical analysis shows that the elemental composition of particles collected during the dust storm in Beijing were better correlated with those of desert soil colleted from desert regions in Inner Mongolia. Air mass back-trajectory analysis further confirmed that this dust storm event could be identified as streaks of dust plumes originating from Inner Mongolia.     

秋季太湖悬浮物高光谱估算模型

2004年10月,在太湖设置67个采样点,现场测量了水体遥感反射比、后向散射系数和辅助参数,实验室分析了水体的悬浮物浓度和水色要素吸收系数.本文在对遥感反射比光谱分析的基础上,比较了几种水体遥感反射比光谱估算悬浮物浓度的方法,结果发现广泛应用的带比值项的算法,虽然可以应用于太湖总悬浮物浓度估算,但是普遍存在相对误差较高的弱点.通过对光谱的分析,确定了750hm单波段算法的参数,并提出了利用近红外812nm波峰高度来估算水体悬浮物的方法.文中还详细阐述了为什么比值算法等在太湖水体悬浮物浓度估算中相对误差比较高,并解释了利用近红外估算精度高的原因,并指明以上算法在遥感应用中的优点和不足,以及现实水体(水质)遥感对现有遥感器配置和遥感算法的需求.     

基于主成分降维的总悬浮物浓度遥感估算模型适用性分析

总悬浮物浓度(C_TSM)是水质评价的重要参数.为了提高内陆Ⅱ类水体总悬浮物浓度估算的精度,利用主成分分析方法对2009年4月太湖水体实测高光谱数据进行降维处理,进而以不同数量的主成分作为变量,分别构建总悬浮颗粒物浓度的多元线性回归估算模型并比较这些模型的效果,从而确定最优的主分量个数;结合近年运行的高光谱传感器,对模型的适用性进行评价.结果表明:①前三个主成分(PC₁、PC₂、PC₃)从不同侧面涵盖了悬浮物浓度信息,它们与ln(C_TSM)的相关系数分别为0.728、0.401和0.403;②当主成分个数为6时,模型达到最优;模型的精度高于4个传统经验模型;③在400~850 nm之间,波段数大于45的高光谱传感器数据都能利用主成分分析的方法构建精度较高的总悬浮物浓度估算模型;此外,MERIS、HJ1-HSI、Hyperion和CHRIS这些常用的高光谱传感器的波段设置,都适合于主成分建模.     

现场抽滤法在悬浮物浊度分析中的应用探讨

以悬浮物浊度标定为研究对象,通过对不同分析方法得到的浓度结果与浊度仪之间相关性的分析,探索悬浮物浓度测量的较佳方案。根据实测数据的对比分析,发现现场抽滤法相较于自然焚烧法、室内抽滤法和沉淀烘干法,具有省时间、低费用、高效率和可靠性高的特点。主要原因为室内各类分析方法相较于现场抽滤会出现较多不确定的影响因素,包括运输存储过程中容器瓶壁的吸附作用、水样微生物的滋长以及方法本身的系统误差,如焚烧法操作过程,有机物在高温环境下挥发,致使分析处理的研究对象与观测仪器所测不同,导致产生比较大的误差。现场抽滤法不但适合在水流比较平稳的内河使用,而且在流态复杂,泥沙浓度变化较大的河口地区的泥沙浓度测量中也具有的较强实用性。     

应用MODIS遥感数据监测巢湖水质

以巢湖为研究对象,对MODIS的各个波段辐射率与水质参数叶绿素a浓度、悬浮物浓度和透明度进行拟合,分析了MODIS各个波段辐射率的拟合在监测大型内陆湖泊水质中的可行性.结果表明:MODIS波段辐射率的组合能与巢湖水质参数进行较好的匹配,MODIS波段1—4和10—11对于监测巢湖中叶绿素a浓度、悬浮物浓度和透明度有重要意义.     

湖泊生态恢复的关键因子分析

中国是一个多湖泊的国家。由于经济快速发展及湖泊资源不合理的开发利用,中国湖泊的污染问题和生态系统退化相当普遍。特别是由于氮、磷等营养元素的富集造成的水体富营养化,导致蓝藻水华频繁发生,甚至出现了饮用水危机事件。由于缺乏基础理论的指导,中国湖泊富营养化治理曾经走过弯路。在没有实现控源截污的条件下,片面强调生态恢复来净化湖泊水环境,一度成为富营养化湖泊治理的主流思想。实际上,湖泊生态恢复是有条件的,而对这些条件的诊断和分析是开展湖泊生态恢复的前提和基础。通过对太湖水生植物分布及其影响因子分析,确定沉水植物恢复的核心条件是水下光照条件。水下光照条件受富营养水平、悬浮物浓度与水深等因子的影响。只有当一个水域的真光层深度接近水深的情况(比值>0.8),恢复水生植物才有可能。改善水下光照条件,包括降低水深,提高透明度,消除风浪等措施,实际上,都是增加真光层深度与水深的比值。在上述生态恢复条件不具备的情况下,湖泊治理与恢复的工作更多地应该聚焦在控源截污方面。这对中国湖泊污染治理与生态恢复具有普遍的意义。     

台风“利奇马”对东中国海表层悬浮物浓度变化的影响

台风过程可使海洋悬浮物浓度的分布在短时间内发生极大变化,并影响海洋生态环境以及海洋资源的分布。受台风期间海洋观测数据的限制,台风过程对海洋悬浮物浓度的影响尚不明确。本文利用GOCI （Geostationary Ocean Color Imager,GOCI）卫星遥感数据,以2019年8月台风“利奇马”为例,对其过境前后东中国海表层悬浮物浓度的时空变化进行了定量研究。结果表明,台风“利奇马”对闽浙沿岸的影响程度最大,使悬浮物质量浓度中高值（≥5 mg/L）覆盖面积和浓度平均值分别增大92%和62%,影响持续时间为4 d;对长江口附近海域的影响程度次之,使悬浮物浓度中高值覆盖面积和浓度平均值分别增大19%和17%,影响持续时间为3 d;对苏北浅滩的影响程度最小,悬浮物质量浓度中高值覆盖面积变化不大,但浓度平均值增大了30%,影响持续时间为4 d。研究结果表明卫星遥感数据可以量化台风过程对东中国海表层悬浮物浓度的影响,弥补极端天气条件下无法进行现场观测的不足。     

实际气象场驱动下太湖悬浮物浓度的模拟研究

本文利用高频变化的实际气象数据, 在考虑波浪作用的前提下利用FVCOM (Finite-volume Coastal Ocean Model)模式模拟了太湖底泥再悬浮的情况。模拟结果表明, FVCOM模式在考虑波浪作用下对太湖悬浮物浓度的模拟结果与卫星反演结果吻合较好。在模拟时刻, 湖心区和西南湖区是悬浮物浓度的大值区, 其原因在于: 湖心区虽然底泥较少, 但其流场的分布总是有利于周围悬浮物向湖心区输送; 而西南湖区本身有底泥的分布, 在上升运动和流场的配合下, 一方面有悬浮物向该区域输送, 另一方面该区域有沉积物悬浮。模拟时刻切应力和悬浮物浓度的空间配置是不一致的, 说明了底部切应力并不是影响悬浮物浓度的唯一因子, 还与湖流的输移和底泥的分布有关。