面向GF-5卫星高光谱传感器的浑浊水体叶绿素a浓度反演算法研究——以鄱阳湖为例

为了分析即将发射的高分5号卫星(GF-5)的高光谱数据在内陆水体水色遥感中的应用潜力,以鄱阳湖为研究区域,利用2009年、2011年和2016年共134组现场实测光谱及其对应的叶绿素a、总悬浮物浓度数据,考虑高浑浊水体引起的叶绿素a浓度变化的光谱响应差异,在进行水体光学分区基础上通过光谱模拟与差分处理开展了叶绿素a浓度跨阶分高光谱反演研究.结果表明：1)进行光学分区有利于提高反演精度,非高浑浊水体(NDCI≥0.06)区域,反演模型判定系数R2达到0.82,均方根误差RMSE为1.12,平均相对误差MRE为0.32,而不进行光学分区的全湖区反演建模R2仅为0.37;2) 相较于鄱阳湖前期研究得到的最优多波段反演模型(R2＝0.76),利用495、591、675、679、684、688、692和696 nm等波长的原始光谱以及差分光谱(一阶差分、二阶差分)建立的跨阶分多波段组合模型可以更有效地反演非高浑浊水体叶绿素a浓度(R2＝0.82),但对于高浑浊水体(NDCI<0.06),叶绿素a浓度的高光谱反演能力还需要进一步挖掘.     

动水条件下太湖水体透明度及其影响因子模拟

利用太湖长序列实测资料,分析了太湖水体透明度的主要影响因子,建立了透明度与其影响因子之间的多元回归方程,基于该方程,建立了动水条件下太湖水体的透明度数学模型.结果表明,悬浮物质量浓度是太湖透明度最重要的影响因素,藻类和有机物质量浓度对透明度的影响不确定性较大,但总体来看呈现明显的反比关系.根据透明度及其影响因子的分布特征,分季节(春季和夏季)、分湖区(梅梁湾、湖心及沿岸区、东太湖)建立的透明度与悬浮物、藻类及高锰酸盐指数(CODMn)质量浓度之间的多元回归方程具有较好的相关性,所建立的模型对太湖水体透明度以及影响因子具有较好的描述能力,说明该模型是合理的.     

黄渤海海域叶绿素a浓度时空特征分布及影响因子分析

本文基于2003-2017年黄渤海海域MODIS卫星遥感数据,利用自组织映射神经网络模型（SOM）研究了叶绿素a浓度（Chl-a）的典型分布模式,分析了Chl-a变化趋势,并利用广义加性模型（Generalized Additive Model ,GAM）研究其与环境因子的关系。结果表明：黄渤海Chl-a存在明显的季节性变化,7月份浓度最低2.41 mg·m-3, 4月份浓度最高3.43 mg·m-3; Chl-a呈现从近海岸海域向深水海盆逐渐降低的变化趋势;将SOM模型提取的典型模式分为清澈、低浓度、中浓度和高浓度模式,这些模式有效地阐明了2003-2017年黄渤海Chl-a在时间上存在春季高,夏季低的变化趋势,Chl-a高值区主要分布在河流的入海口及近海岸;利用GAM模型发现海表温度（SST）、风速（wind）与Chl-a之间存在显著的非线性关系,SST、wind对Chl-a变化的解释率39.3%,SST对Chl-a变化的影响比wind更大;人类活动的增加对黄渤海Chl-a变化也起着重要的作用。     

基于GF-2影像的苏州市区水质遥感监测

城市水体水质遥感监测是治理城市水体水质遥感监测是治理城市水环境污染的重要基础,也是城市生态系统建设的重要组成部分。本文基于GF-2影像,建立城市水体水质参数反演模型,对2015年-2017年苏州市区水体的叶绿素a浓度、悬浮物浓度、透明度三种水质参数进行遥感监测,分析了苏州市城市水体水质参数的时空变化特征并且对苏州市水环境进行了评价。结果表明,苏州市区水体叶绿素a浓度整体偏高,但平均水平逐年降低。各个市辖区城市河道平均叶绿素a浓度相差不大。大型河流湖泊中,虎丘湿地叶绿素a的平均含量在2015年-2017年间均处于最高水平。三年间市区城市河道的平均悬浮物浓度降低明显,悬浮物浓度较高的河道均主要集中在虎丘区。大型湖泊的悬浮物浓度不高,逐年降低明显。盛泽湖的平均悬浮物浓度最低,透明度最高。京杭运河的悬浮物浓度一直保持在最高水平,且变化不大,吴淞江汇入京杭运河部分水体悬浮物浓度偏高。2016年元河塘悬浮物浓度突然增高并在2017年有所降低,但仍高于2015年。透明度的分布变化趋势与悬浮物浓度相反,符合常规规律。苏州市区水质逐年改善,但仍水质情况仍不容乐观。京杭运河、元河塘、虎丘湿地由于人为活动导致水质较差,今后需进行重点监测与治理。其余河流湖泊水质均逐年改善,盛泽湖的水质处于最优水平。根据相关资料查阅,遥感监测苏州市区水体水质情况符合实际情况,GF-2影像能有效地反演城市水体的水质参数信息并显示其分布变化规律。     

紫外-可见光去浊度反演水体叶绿素a含量

城市景观水体的叶绿素a含量可直接反映其水质。紫外-可见光谱方法可快速低廉反演叶绿素a的含量,但城市水体水深较浅、浊度较高,容易对该波段光谱产生干扰。采用实验室培养的螺旋藻水样和浊度水样的混合水样来模拟城市景观水体环境,并使用UV—2600分光光度计获取混合水样的吸光谱数据;对吸光谱数据分别建立一元线性回归模型、偏最小二乘算法(PLS)模型和BP神经网络模型,以寻找降低水体浊度干扰的办法,为水体水质评价提供可靠参考数据。结果显示,BP神经网络预测模型可以同时预测混合水样中叶绿素a的浓度和浊度的浓度值,模型预测值与样本测量值之间的R~2为0. 997 2,并且模型的预测误差在5%以内。去浊度反演水体叶绿素a含量的能力最高;偏最小二乘算法模型测量值与预测值的R2为0. 999 4,模型的预测误差小于4%,但该模型在预测叶绿素a浓度时不能同时预测浊度值,去浊度反演叶绿素a含量的能力次之;一元线性回归模型的去浊度反演叶绿素a含量的能力最差。     

上海公园绿地景观水体透明度影响因子研究

于2010年,以上海市90个公园绿地共107个景观水体为研究对象,通过野外调查与室内分析,探寻水体透明度与光衰减系数的关系,并在此基础上分析影响水体透明度的主要因子.研究结果表明：（1）上海市公园绿地景观水体透明度普遍较低,平均透明度为（0.54±0.24） m,98.31%的水体透明度低于1 m;（2）透明度与光学衰减系数显著负相关,两者之间可建立数学关系式为Kd=0.017+〖SX(〗1.12〖〗ST〖SX)〗;（3）悬浮物是上海城市公园绿地水体透明度的主导影响因子,总磷和铵态氮通过控制浮游藻类的营养水平来影响水体透明度.研究结果为科学合理地评价景观水体水质尤其是水体透明度提供测度,并为水体环境的改善、水生植被的构建及水体的养护管理提供科学依据.     

基于TM影像的长江口悬沙浓度遥感反演定量模式研究

近年来,由于水利工程等因素,长江入海径流量变化较大并导致入海泥沙量明显呈下降趋势,必会影响海岸带环境．利用遥感技术研究泥沙含量不仅速度快,效率高,周期短,而且对分析河口海岸带冲淤变化,研究流域入海物质通量、物质循环、河口沙洲变化,港口建设,航道治理以及海岸带环境管理都有十分重要韵意义．利用长江口TM影像数据以及现场采集的多个长江口表层悬沙浓度数据,建立悬沙浓度遥感定量反演模式．通过对遥感数据预处理,运用不同的悬沙反演模式进行回93分析,得到低浓度悬沙水体运用多项武模式反演效果较好,高浓度表层悬沙水体运用乘幂模式反演效果较好,同时应用Arcgis软件绘制成悬浮泥沙空间分布图,并归纳出长江口悬沙分布和输移的基本规律．     

悬浮泥沙定量遥感综合模式及其在珠江口的应用

从太阳光在水体中传输的物理机制入手,引入水体光学厚度概念,根据辐射传输理论,推导出悬浮泥沙定量遥感的综合模式,该模式具有明确清晰的物理意义.并且该模式在条件简化下几乎包含了前人所推导的所有半经验模式,包括线性模式、对数模式、Gordon模式、负指数模式、统一模式.将该模式应用于珠江入海口水域的悬浮泥沙调查与监测中,取得了不错的效果.     

三峡水库干流典型消落带泥沙沉积过程

 选择三峡水库中游干流典型消落带断面,现场调查泥沙沉积速率随高程分布,探讨三峡水库特定水位调节模式和长江上游泥沙输移的季节性特征对消落带泥沙沉积的影响。结果表明,消落带泥沙净沉积主要发生在145~168 m 高程,2010年累积净沉积厚度为1.1~39.9 cm,随高程增加逐渐减小,145~155 m 平均泥沙沉积厚度为14.9 cm,155~168 m 平均泥沙沉积厚度为2.6 cm;2013年累积净沉积厚度为3~80 cm,表明三峡水库干流消落带泥沙沉积过程迅速。泥沙粒径随高程增加逐渐变粗,体现在砂粒体积分数和中值粒径逐渐增大。消落带下部沉积泥沙颗粒组成与干流悬移质泥沙接近,而消落带上部沉积泥沙明显粗于干流悬浮泥沙。消落带泥沙沉积速率与水库水位调节密切相关,雨季水库低水位运行,长江悬移质输沙量的增加导致了消落带下部大量泥沙沉积;旱季水库高水位运行,长江悬移质输沙量减少导致消落带上部泥沙沉积速率降低,消落带河岸侵蚀对沉积泥沙贡献逐渐增大。消落带淹水时间随高程增加而缩短,长时间淹没有利于消落带下部泥沙沉积。综合推断,三峡水库干流消落带下部泥沙主要来源于雨季河流悬移质泥沙的沉积,而消落带上部沉积泥沙主要来自旱季消落带河岸侵蚀产沙。     

北海湾悬浮颗粒物的分布及其与环境因子间的关系

在北海湾近岸内湾,设9个测站,选取4个有代表性的季度月,即1998年10月（秋季）和1999年1月（冬季）、4月（春季）、8月（夏季）,采集海水样品分析测定悬浮颗粒物（SS）,同时还同步测定水温、盐度、pH值、化学需氧量（COD）、透明度、叶绿素a及5种不同形态的氮、磷和溶解性硅,研究北海湾悬浮颗粒物的分布特征及其与环境因子之间的关系.结果表明,北海湾悬浮颗粒物含量具有春季较高,秋季次之,冬夏季较低的分布特点.在陆源影响较小的秋冬季节,悬浮颗粒物与环境因子之间的关系均不显著;而在陆源影响较大的春夏季节,悬浮颗粒物在与盐度、透明度呈显著负相关的同时,与COD和不同形态的氮、磷亦具有显著的正相关关系.     

黄河中游龙潼河段一维悬移质泥沙数学模型

建立了适用于黄河中游龙潼河段的一维悬移质泥沙数学模型。利用十年实测水沙资料进行了验证计算，结果表明，实测冲淤量与计算值基本相符。本模型可用于预测不同减水减沙情况下的泥沙冲淤调整过程。     

Apparent ages of suspended sediment and soil erosion of the Pearl River (Zhujiang) drainage basin

The carbon isotopic composition (Δ 14 C,δ 13 C) and apparent ages of suspended sediment were determined in the Pearl River in the years 1998,2000 and 2005.These results indicate that suspended POC consists mostly of young carbon and some old carbon.Apparent ages of suspended POC range from 540 to 2050 a BP.The apparent ages are older in the Xijiang and Beijiang Rivers,while these values are variable in the Dongjiang River,including old and young samples.The suspended POCδ 13 C values increase with increasin...     

潮汐型湖泊水体透明度灰关联分析

 受外域水体特征及潮汐作用影响,滨江潮汐型湖泊水体透明度影响因子复杂多变。以镇江内湖为例,基于洪、枯两季典型全日潮野外同步实测结果,运用灰色系统理论,定量计算了内湖水体透明度与相关环境因子的灰关联度,分析研究了不同时间尺度下内湖透明度的主要影响因子。结果表明：洪季,影响内湖透明度的关键因子是悬沙浓度与高锰酸盐指数;枯季,来水含沙量降低,主要影响因子为高锰酸盐指数与叶绿素a浓度;洪、枯两季,内湖水体透明度主要影响因子的排列顺序受潮汐作用影响较小;NH₃-N等间接影响因子对透明度影响不明显,但随涨落潮仍呈现一定变化。     

黄浦江底泥对多环芳烃（菲）的吸附过程模拟

以黄浦江底泥作为悬浮物,研究多环芳烃（菲）在天然水体中悬浮物上的吸附机理,结果表明：由甲醇作助溶剂的水溶液中,菲在黄浦江底泥上的吸附为多分子层吸附,可用ＢＥＴ等温吸附模式模合,吸附速率较快,助溶剂中甲醇对菲存在竞争吸附,膜扩散为菲在黄浦江底泥上吸附速度的控制步骤,这些均与菲的分子结构与特性有关。     

西藏雅鲁藏布江水质时空特征分析

通过对雅鲁藏布江的水质分析发现,在6～10月,溶氧值低、水温较高、12月～次年2月高,溶氧值高、水温较低、8月悬浮物含量高;下游较中游的pH值和悬浮物含量低.拉孜、怒各沙和羊村水质属于Ⅲ类,曲水、米林和怒下河段为II类水.检测水质除雅鲁藏布江上游的拉孜、怒各沙和中下游的羊村水质属于Ⅲ类外,其它河段为II类水.雅鲁藏布江下游水质符合渔业水质标准,但雅鲁藏布江干流中上游江段Cu含量、整个干流8月份的水体悬浮物含量超出渔业水质标准.     

水库湖流多负荷数值模拟

系统地研究湖泊、水库中各类水动力外负荷作用,考虑了波,流共同作用下的底摩阻、波浪剩余动量流、风作用剪应力、风吹流及悬移质扩 分布等,创建了多负荷水动力泥沙数值模拟系统。该系统在引滦入津输水工程中的于桥水库,尔王庄水库湖流流场计预报中应用,模拟结果与实测数据十分吻合,以于桥水库湖流流场计算为例,提出包括于桥水库特征的逐月,特征水文日,无风及不同风向风速,不同出、入库流量、工程输水与否、悬沙输移扩散等内容的多种方案的流场和泥沙扩散分布,为水库水质污染防治提供了量化依据。     

基于景观评价的河道景观规划方法研究——以昆明市盘龙江为例

以河道景观评价为目标层, 以生态性、社会性和艺术性指标作准则层, 以水质、物种多样性、水体透明度、防洪效应、水景利用率、景观可达性、色彩美感度、形态美感度以及地域文化性作为指标层, 构建城市河道景观评价指标体系。利用层次分析法(AHP)确定各指标层的权重, 利用距离指数法构建评价模型。以昆明市盘龙江为例, 利用该模型对盘龙江上中下游景观环境进行评价。将定量评价与定性评价相结合, 对城市水系景观环境规划设计提供指导, 构建水景观规划新模式, 以期为实现科学景观规划设计提供参考。     

流域土壤侵蚀对椒江口悬浮泥沙时空分布的影响

利用通用土壤流失方程,对椒江流域1995年、2000年、2005年、2010年及2015年土壤侵蚀模数进行估算,椒江流域1995年、2000年、2005年、2010年及2015年均达到中等土壤侵蚀的强度,其中,1995年至2010年土壤侵蚀有逐年恶化的趋势,而2010年至2015年有所缓解.基于椒江及河口、近岸的野外实测数据,构建椒江及近岸水体悬浮泥沙浓度遥感定量反演模型,对椒江及近岸水体1995年、2000年、2005年、2010年及2015年悬浮泥沙浓度进行估算,对水体悬浮泥沙的空间分布进行分析,椒江口水体悬浮泥沙浓度表现出较强的空间分布规律及高时空动态性,其中,椒江悬浮泥沙浓度明显高于河口和台州湾;椒江中游累年悬浮泥沙浓度平均值最大,时空动态性最低,受陆相及海相输沙综合影响,易形成悬浮泥沙的最大浑浊带.流域土壤侵蚀量越大,水体悬浮泥沙浓度越高.最后,定量分析了降雨,日照时间和人类活动等因素对河口悬浮泥沙格局影响.降雨作为椒江地表径流的主要来源,对悬浮泥沙也起到一定的“稀释”作用.年内日照时长的增加,加剧了水体水量的损失,削弱水体的“稀释”作用.若以流域内居民地面积表征人类活动强度,其与水体年均悬浮泥沙浓度之间相关性较弱,但其年际变化表现出较高的相关性.     

广州珠江感潮河网水流泥沙数值模拟

 基于EFDC模型,构建了广州珠江河网三维水动力与泥沙数学模型。通过1999年7月和2001年2月典型洪、枯季实例验证,表明模型能够较好地反映广州珠江河网水流及泥沙输运过程。输沙过程模拟结果表明,平洲水道至后航道是悬浮泥沙输移的主要路径;冲淤模拟结果表明,21世纪初期广州珠江河网主要表现为“枯冲洪淤”特点,并且河网呈缓慢淤积趋势,年均速率约为2.0 cm/a。各河段中,南航道、沥滘水道是主要的淤积河段,而沙贝海、前航道上段及新造水道是主要冲刷河段。     

淮河中游重化工聚集区干流水体中多环芳烃研究

淮河是中国七大河流之一,在中国国民经济发展中具有举足轻重的地位.有机物污染是淮河的主要污染形式.多环芳烃(PAHs)是一种典型持久性有机污染物(POPs),在水中的浓度较低.易于被悬浮物和沉积物吸附.为探讨淮河中游重化工聚集区干流水体中多环芳烃的含量和分布情况,2007年10月在淮南和蚌埠段采集悬浮物样品和表层沉积物样品.所采集的环境样品经自然风干后,利用二氯甲烷提取,无水硫酸钠和固相萃取柱组合净化,采用气相色谱-质谱联用法(GC-MS)同时定性和定量检测其PAHs含量,获得了美国EPA优先表中所列的16种PAHs含量数据,在此基础上探讨了淮河中游重化工聚集区干流水体悬浮物和沉积物样品中PAHs的分布特征.并初步分析了蚌埠市饮水源区蚌埠闸处PAHs的超标情况.结果表明:①淮河中游重化工聚集区干流水体环境样品中PAHs总含量变化幅度较大,其悬浮物浓度范围为1 169.44～4 048.86 ng/g,表层沉积物中浓度范围为91.98～1 292.52 ng/g;②就单一组分而言,悬浮物中萘含量最高,表层沉积物中二苯并[a,h]蒽最高;③受采样点环境和PAHs本身性质影响,悬浮物中PAHs量远大于其沉积物中量,整体呈现悬浮物中以低环PAHs为主、沉积物中以高环PAHs为主的特征;④根据<国家海洋沉积物质量标准>,蚌埠闸沉积物中PAHs超标严重,对蚌埠市的饮水安全产生一定的威胁,同时,此处悬浮物中PAHs含量也很高,潜在危害性更大,应给予重视.