长江经济带湖泊水下地形的热红外遥感反演——以武汉市东湖为例

针对长江经济带平原湖区的浅水湖泊,提出了一种基于热红外遥感的湖泊水深测量方法.首先根据湖泊水温的垂直分布规律,推导出浅水湖泊中表层水温与水深平方的倒数存在近似的正比关系.然后以武汉东湖为例,利用Landsat-8热红外(TIRS)遥感影像数据反演东湖水表温度.结合实测水深测量样本点对,利用半经验回归方法,确定水深与水温的关系式,根据此关系式由水温反演出整个湖泊的水深,最后再结合影像当日的水位数据得到水下地形.试验模型拟合的相关系数R2为0.657,在浅水湖泊水深反演中能取得平均相对误差8.93%的相对测深精度.试验表明, 利用热红外遥感可为长江经济带平原湖区浅水湖泊的水深测量和水下地形测量提供一个快捷的新方法.     

基于GOCI遥感数据的湖泊富营养化监测研究

采用高时间分辨率的地球同步海色成像仪(geostationary ocean color Imager,GOCI)遥感数据,以日本霞浦湖的西湖为研究对象,利用波段比值法建立了基于GOCI遥感影像的叶绿素a质量浓度反演模型.以此探讨利用GOCI数据估算湖泊水体富营养化程度的可能性.研究结果显示,遥感数据波段比值能够反映湖泊叶绿素a质量浓度随时间演变趋势,两者的相关系数达62％,利用反演模型得到的叶绿素a质量浓度的平均相对误差小于50％,表明GOCI遥感数据具有对湖泊富营养化程度进行监测的潜力.     

基于RBF神经网络的水深遥感研究

为提高水深遥感反演的精度,以Landsat TM1~4波段为数据源,利用已知的水深数据作为训练样本,建立RBF神经网络模型对岱海水深进行反演试验。利用实测的水深数据检验RBF神经网络模型的反演精度,并与传统反演模型和BP神经网络模型进行对比。结果表明,RBF神经网络模型反演的水深与实测水深的决定系数为0.90,平均绝对误差为1.09 m,均方根误差为1.45 m,反演效果和精度明显好于传统反演模型;与BP神经网络模型相比精度也有提高,而且RBF神经网络模型的参数大多通过训练学习得到,应用更为便捷,在干旱内陆的咸水型湖泊水深遥感反演中有一定的应用价值。     

悬浮颗粒物垂直分布对水体光学特性的影响

【目的】研究典型湖泊水体垂直分布对遥感反射率的影响,并了解其主要影响波段和影响水深。【方法】利用实测数据和前向辐射传输模型得到水体垂直分布模拟数据,选取两种典型的湖泊水体垂直分布类型,研究它们对水表面遥感反射率的影响,并分析其敏感波长和最大影响深度。【结果】与均质水体相比,不同类型的水体垂直分布最大会引起遥感反射率100%的高估或者30%的低估且误差随着水深的增大而减小。当表层悬浮颗粒物浓度(SPM1)较小时,在相同浓度条件下,不同类型水体垂直分布的敏感波长随着水深增大逐渐减小;在同一深度时,敏感波长随着悬浮颗粒物浓度的增大逐渐向长波方向移动;当SPM1较大时,敏感波长随水深增大没有明显变化。不同类型水体在SPM1较低时,各波段的最大影响水深各不相同,可达10m,并随表层悬浮颗粒物浓度的增大而逐渐减小,峰值波长逐渐向长波方向移动;当SPM1较大时,最大影响水深集中于0.5~2.0 m,随波段递增无明显变化规律。随着表层水体的衰减系数的增大,最大影响水深在不同波段基本呈递减趋势。【结论】研究成果有助于准确的理解表层遥感反射率中所包含的水体垂直结构信息,并为深入研究非均质水体光学特性及其辐射传输过程提供理论依据。     

典型浅水草型湖泊水体悬浮物浓度遥感反演

针对典型浅水草型湖泊的特点,分析水生植物对悬浮物浓度及其遥感反演的影响,得到水生植物与其覆盖区水体总悬浮物浓度之间的定量关系,提出了基于水生植物分区反演水体悬浮物浓度的新思路:首先利用植被指数将全湖分为水生植物覆盖区和未覆盖区.在水生植物覆盖区,通过水生植物的盖度来指示水体水质,进而间接反演悬浮物浓度,解决了水生植物覆盖区难以直接反演悬浮物浓度的难题;在未覆盖区,利用地面实测数据与Landsat8卫星数据建立悬浮物浓度的近红外单波段反演模型,最终得到微山湖悬浮物浓度空间分布图.在晴朗、无风或轻风的天气条件下,水生植物与其覆盖区水体悬浮物浓度之间具有稳定的定量化特征,利用该特征指示水质对浅水草型湖泊水质参数的定量化遥感具有一定的参考意义.     

基于B算法和多波段模型的青海湖遥感测深比较研究

遥感测深技术克服了水体传统测深方法不足,可以快速、动态获取大型水域的水深信息.本文以LandSat-8OLI卫星遥感影像、SQ-SFCC手持式超声波测深仪实测水深数据,对比分析了底部反照率独立水深测量算法(B算法)、多波段模型水深估算的精度及其稳定性.结果表明,B算法模型是青海湖遥感测深的最优模型,模型绝对误差介于-3.71~0.11m之间,平均误差为-0.17m,总体平均相对误差为3.88%,这对于中国面积最大的咸水湖水深遥感估测而言,已经能够满足一般应用与科学研究的测深要求.本文方法能够迅速、经济地估测咸水湖泊水深,对其它大型湖泊的水深测量也具有一定的借鉴意义.     

结合实测光谱数据的珠江口水质遥感监测

河口近岸海域面积广阔,生物生产力高,受人类活动及陆源物质的影响较大,是自然因素和人为因素共同影响水体生态环境的典型区域.文章研究了珠江口近岸海域水体叶绿素a浓度和悬浮物浓度的遥感定量反演方法,并在实验水域验证了现有遥感反演模型的适用性;结合实测数据和遥感影像数据,通过统计分析建立珠江口近岸水域的叶绿素a浓度和悬浮物浓度的反演模型;利用Landsat8遥感影像反演了珠江口近岸海域叶绿素a浓度和悬浮物浓度的分布情况,提取珠江口近岸水域面状水质信息;反演结果符合理论分析和实际情况,证明本研究建立的水质参数遥感反演模型及方法适用于珠江口近岸海域水质监测.     

基于快速傅里叶变换方法遥感反演海浪波长和水深的仿真分析

利用海浪波峰和波谷位置的遥感影像信息差异,可以基于快速傅里叶变换(FFT)方法反演波长,进而反演近岸水深.本文采用理想波面数据和数值模拟波面数据代替遥感资料进行仿真研究,讨论资料分辨率和子图长度对海浪波长及水深反演的影响.研究结果表明:低分辨率资料反演波长和水深的效果差,但是当资料分辨率达到一定要求时,再提高资料分辨率对波长和水深反演结果没有影响.当波长不存在空间变化时,子图越大,波长反演误差越小.在非均匀变化的地形上,子图长度为4～8倍波长、并且小于或等于地形变化尺度时,波长和水深反演误差小,子图太大或太小时,波长和水深反演误差都增大.     

基于Sentinel卫星的浑浊水体叶绿素反演对比研究——以鄱阳湖为例

Sentinel-2A卫星、Sentinel-3A卫星分别于2015年6月和2016年2月成功发射,其上搭载的MSI、OLCI传感器的空间分辨率、时间分辨率、波段设置等在内陆水体水环境遥感研究中具有较大的应用潜力.针对浑浊水体叶绿素的反演难题,以鄱阳湖为例,基于光学分区理论并结合同步实测数据,探讨了Sentinel系列卫星数据在湖泊叶绿素a遥感反演的可行性.研究表明：1) 对于Sentinel-2A MSI数据,鄱阳湖北湖区以[1/Rrs(665)－1/Rrs(705)]*Rrs(740)作为反演因子构建的三波段模型拟合效果最好,决定系数R2是0.65,平均相对误差是38.53%;鄱阳湖南湖区差值模型Rrs(705)－Rrs(665)反演结果最好,R2是0.63,相对误差是39.87%.2) 对于Sentinel-3A OLCI数据,鄱阳湖北湖区以[1/Rrs(665)－1/Rrs(673.75)]*Rrs(753.75)作为反演因子构建的三波段模型拟合效果最好,R2为0.65,平均相对误差为37.6%;鄱阳湖南湖区差值模型Rrs(708.75)－Rrs(665)反演结果最好,R2是0.62,平均相对误差为39.6%.3) Sentinel系列卫星的分区模型能在一定程度上解决鄱阳湖部分浑浊水体区域叶绿素反演不成功的问题,后续将研究更高精度的反演模型方法.     

复Morlet小波方法遥感反演海浪波长和水深的仿真分析

利用海浪造成的遥感影像波纹状特征,可以基于小波方法反演海浪波长,进而利用海浪波长随水深变浅而变短的特点反演浅海水深.选择复Morlet小波方法,采用理想波面数据和FUNWAVE模式数值模拟的波面数据代替遥感资料进行仿真研究,讨论资料分辨率和子图分割对波长及水深反演的影响.理想波面数据反演波长的结果表明,在波长空间无变化的情况下,子图长度大于波长、子图内均匀分布的资料点数在9个以上时,资料分辨率对海浪波长反演结果基本无影响,可以用波长能量谱解释其原因;在波长空间变化的情况下,子图长度大于2倍波长、每个波长内资料点数在4个以上,可以得到较好的波长反演效果.数值模拟波面数据反演波长对子图长度和资料点数也有类似的要求,水深反演误差在子图尺度太大时略有增大,随资料分辨率降低也略有增大.     

SPOT卫星资料在水深信息中的应用研究

根据卫星遥感资料的特点,结合河流、湖泊、水库等不同地表水体作的光谱测量分布成果,对ＳＰＯＴ卫星多波段图像资料提供的安徽省安庆地区的武昌湖水下地形和水深信息,利用ＥＲＤＡＳＩＭＡＧＩＮＥ图像分析处理软件、获取该湖的水下地形分布图,并与准同步实测的水下地形的高程资料进行相关分析,建立水深遥感信息的定量模式,结果表明：具有高分辨率的ＳＰＯＴ卫星资料在水下地形高程数据的支持下,通过计算机图像分析处理能够快     

巴丹吉林沙漠湖泊遥感信息提取及动态变化趋势

 结合巴丹吉林沙漠的地物光谱特征,提出了改进的MDLWI 水体指数法。该方法增加了水体与植被以及水体与干湖盆的区分度,提高了提取沙漠中水体的效率和精度。利用MDLWI 水体指数法,分析了巴丹吉林沙漠1990-2010 这20 年间夏季（1991,1995,2000,2005,2010）和秋季（1990,1996,2000,2006,2010）两个系列湖泊面积的年际变化趋势。结果表明,夏季湖泊面积平均值为19.11 km²,秋季湖泊面积平均值为17.74 km²,秋季湖泊面积明显小于夏季;20 年来秋季湖泊面积年际变化呈缓慢减少趋势,而夏季湖泊面积变化呈先减少后增大再减少趋势,且变化幅度相对较大;降雨不是湖泊补给的主要来源,湖泊面积的变化主要受地下水补给变化的影响,夏季地下水补给量大于秋季。     

Water balance estimates of ten greatest lakes in China using ICESat and Landsat data

Lake level and area variations are sensitive to regional climate changes and can be used to indirectly estimate water balances of lakes. In this study, 10 of the largest lakes in China, ～1000 km² or larger, are examined to determine changes in lake level and area derived respectively from ICESat and Landsat data recorded between 2003 and 2009. The time series of lake level and area of Selin Co, Nam Co, and Qinghai Lake in the Tibetan Plateau (TP) and Xingkai Lake in northeastern China exhibit an increasing trend, with Selin Co showing the fastest rise in lake level (0.69 m/a), area (32.59 km²/a), and volume (1.25 km³/a) among the 10 examined lakes. Bosten and Hulun lakes in the arid and semiarid region of northern China show a decline in both lake level and area, with Bosten Lake showing the largest decrease in lake level (?0.43 m/a) and Hulun Lake showing the largest area shrinkage (?35.56 km²/a). However, Dongting, Poyang, Taihu, and Hongze lakes in the mid-lower reaches of the Yangtze River basin present seasonal variability without any apparent tendencies. The lake level and area show strong correlations for Selin Co, Nam Co, Qinghai, Poyang, Hulun, and Bosten lakes (R ² >0.80) and for Taihu, Hongze, and Xingkai lakes (～0.70) and weak correlation for East Dongting Lake (0.37). The lake level changes and water volume changes are in very good agreement for all lakes (R ² > 0.98). Water balances of the 10 lakes are derived on the basis of both lake level and area changes, with Selin Co, Nam Co, Qinghai, and Xingkai lakes showing positive water budgets of 9.08, 4.07, 2.88, and 1.09 km³, respectively. Bosten and Hulun lakes show negative budgets of ?3.01 and ?4.73 km³, respectively, and the four lakes along the Yangtze River show no obvious variations. Possible explanations for the lake level and area changes in these four lakes are also discussed. This study suggests that satellite remote sensing could serve as a fast and effective tool for estimating lake water balance.     

近500年江汉平原湖区土地开发的历史反思

利用历史文献资料与现代遥感资料,分析了近500年以来平原湖区土地开发过程,将这500年的湖区开发中划分为7个阶段,阐述了每个阶段的特点,剖析了湖区围垦的经济教训,人口增长,政府政策与管理,水利建设对湖区土地围垦影响大,围湖垦殖影响湖区生态环境,最后为退田还湖提供了若干建议。     

统计相关水深遥感模式的建立

利用卫星遥感图像影像光谱值和实际水深的同步资料进行统计相关分析,建立初步的水深遥感模式,应用于水下地形的反演,使用幂函数形式的非线性修正项对初步模式进行修正,弥补用局部样本点的回归方程代替整体时局部水域产生的水深数值偏差的不足,得到应用于整个研究水域的水深遥感模式,使遥感水深值的平均相对误差从修正前的３７％下降到修正后的１７％,精度明显提高。     

湖泊叶绿素a反演的大气校正模型比较研究

为获取湖泊叶绿素a定量反演所需的最优大气校正方法,以太湖为例,分别使用FLAASH、6S及QUAC 3种大气校正模型对HJ-1B卫星CCD数据进行大气校正,通过对比各波段反射率及遥感指数与叶绿素a的相关性,得到归一化水体指数相关系数最高,并使用归一化水体指数建立叶绿素a反演模型.反演模型R2在0.7以上,同时通过了统计检验.实验利用太湖采样点平均光谱反射曲线及实测光谱对比大气校正模型的影像处理效果,并在此基础上,利用误差参数评价不同大气校正处理后的反演精度.结果表明:3种大气校正算法的影像处理效果总体较好,FLAASH和6S算法的各项参数接近,反演精度优于QUAC算法,并且聚类分析结果很好地证实了二者的相似性;QUAC算法在获得较高精度的同时其典型地物光谱出现失真.因此,在湖泊叶绿素a浓度反演建模时,大气校正方法应优先考虑FLAASH算法和6S算法,尽量避免使用QUAC算法.     

雷达遥感穿透次地表获取残存信息分析

分析了雷达波对干燥沙土的穿透深度δp关系式并进行了理论计算．在阿拉善区可达2．82m以上的穿透深度．利用美国航天飞机雷达遥感数据,进行穿透深度的实证分析．该研究对于利用雷达遥感荻取次地表残存信息进而进行古环境的分析具有重要意义．也充分表明雷达遥感在中国西北干旱区古环境研究中的巨大应用潜力．     

Monitoring lake changes of Qinghai-Tibetan Plateau over the past30 years using satellite remote sensing data

During the years 2006–2009,lakes in the Qinghai-Tibetan Plateau(QTP)were investigated using satellite remote sensing strategies.We report the results of this investigation as well as follow-up research and expanded work.For the investigation,we mainly focused on lakes whose areas are more than 1 km2.The remote sensing data that we used included 408 scenes of CBERS CCD images and 5 scenes of Landsat ETM?images in Qinghai Province and Tibet Autonomous Region.All these data were acquired around years 2005–2006.Besides remote sensing images,we also collected 1,259 topographic maps.Numbers and areas of lakes were analyzed statistically,which were then compared with those coming from the first lake investigation(implemented between the1960s and 1980s).According to our investigation,up to and around year 2005–2006,the total number of lakes in the QTP was 1,055(222 in Qinghai and 833 in Tibet),accounting for more than 30%of that of China.Thirty newborn lakes with area[1 km2were found,and 5 dead lakes with initial area[1 km2were also found.Among those 13 big lakes([500 km2),Yamzhog Yumco had seriously shrunk,and it has continued to shrink in recent years;Qinghai Lake had shrunk during the period,but some new researches indicated that it has been expanding since the year 2004;Siling Co,Nam Co,and Chibuzhang Co had expanded in the period.We divided the newborn lakes into six categories according to their forming reasons,including river expansion,wetland conversion,etc.The changes of natural conditions led to the death of four lakes,and human exploitation was the main reason for the death of Dalianhai Lake in Qinghai.We picked out three regions which were sensitive to the change of climate and ecological environment:Nagqu Region,Kekexili Region,and the source area of the Yellow River(SAYR).Lakes in both Nagqu and Kekexili have been expanded;meanwhile,most lakes in the SAYR have obviously been shrunk.These regional patterns of lake changes were highly related to variations of temperature,glacier,precipitation,and evaporation.Our investigation and analysis will provide references for researches related to lake changes in the QTP and the response to climate fluctuations.