第3章水环境遥感
内容提要
3.1 水体的光谱特性
3.2 水资源遥感
3.3 水体污染监测
3.3.1 内陆水体污染遥感监测
3.3.2 海洋污染遥感监测
3.4 水质参数遥感反演
3.1 水体的光谱特性
3.1 水体的光谱特性
从水体中得到的遥感光谱信号是多种信号的复合体，它包括了大气散射及水面、水底的反射以及水体中多种综合因素的散射辐射。波长为 的遥感光谱信号的传播过程如下图所示：
由高度为Z的传感器接收到的遥感光谱信号L可用下式表示：
上图和上式可以看出，由于水体的透光性和水面的反射性，由传感器接受到的水体遥感光谱信号包含了来自大气、水面、水体以及水底各个不同层次的光谱信号，是一个经过了叠加的综合信号。包括了水体中叶绿素的光谱信号、悬浮泥沙、污染物、流场等的光谱信号。水体遥感是复杂的。
纯水在 400～ 1100 nm之间的吸收和散射特性
上图为纯水在400-1100nm之间分辨率为1nm的吸收和散射特性。
然而,就多种传感器的表面水质监测而言,还必须
知道波谱段探测信号的反演能力。因为适当的波段划分,选择和组合会带来许多优点:减少数据的选择过程, 优化波段组合算法,并减少多波段组合引起的噪声影响等。
水中某些成分对波谱信号的散射远远大于水分子
本身对波谱信号的散射。不同水质呈现出不同的光谱
特性。
不同叶绿素含量水体的反射光谱曲线
不同泥沙含量水体的反射光谱曲线
引自：https://www.doczj.com/doc/14393853.html,/blog-573320-924541.html
水体遥感原理
?水既可以吸收也可以散射通过水汽界面的波谱辐射能量 (Ed)，但水的散射会增加天空辐射能量(Eu)，而水的吸收则会同时减少 Ed和 Eu。遥感探测的波谱信息就是这种吸收和散射过程综合作用的结果。
?遥感影像记录了地表物体对电磁波的反射信息及其自身向外的辐射信息，相对于其它地物而言，水体在整个光谱范围内都呈现出较弱的反射率，在近红外、中红外及短波红外部分，水体几乎吸收了全部的入射能量。因此水体在这些波段的反射率特别低，而土壤、植被、建筑物等在这些波段吸收能量较小，具有较高的反射率，使得水体与它们具有明显的区别。
遥感在水文水资源方面的应用
?水资源的调查；
?流域规划、水域面积分布及变化；
?径流估算、水深、水温、冰雪覆盖、土壤水分监测、冰雪监测；
?河口海岸带及浅海地形调查、海洋调查研究等方面。?特别是在人类足迹难以到达的荒凉地区，遥感技术可成为水文、水资源调查的有效手段。
?利用遥感图像可进行海岸带岸线测量、河口及近岸悬浮泥沙迁移，以及海洋环境监测，诸如海水温度、盐度、水深、洋流、波浪、潮沙等海洋诸要素的测量，对海洋的开发具有重要意义。
?遥感图像可提供大尺度、现实性强、多层次、全天候、客观逼真的丰富信息，为海洋研究及指导海洋渔业生产提供了基础。
3.2 水资源遥感——水文要素遥感研究
水文要素遥感研究
遥感技术能观测地球表面信息，而不是传统上某点的观测值，并可观测一些传统方法观测不到的水文变量。近年遥感技术的发展和应用，对水文科学的进展起重大的推动作用。
（1）水位-面积和流域界定
（2）水深探测
（3）水温探测
（4）径流估算
3.2 水资源遥感
（1）水位-面积和流域界定
片和机载雷
达图像可以获得准确的水边线位置，从而保证水面面积量测的精读。
目前最常用的是陆地卫星Landsat TM/MSS、SPOT、气象卫星等遥感图像。
3.2 水资源遥感
◆方法：单波段法和多波段法?
?
地物的光谱值，利用单个波段来提取TM影像中的水体信息。单波段阈值法简单可行，却不易区分水体与阴影。
多波段法：利用水体在不同波段上的光谱特性，通过多波段之间的组合运算来增强影像中的水体信息，从而易于从其它地物中分离提取出水体。
3.2 水资源遥感
（1）水位-面积和流域界定
单波段方法：
质学家追加波段，处于水的强吸收带，