太湖水体光学特性及水色遥感(李云梅[等]著)思维导图
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遥感思维导图
遥感
卫星轨道参数 卫星姿态角
卫星相关数值
卫星分类
LandSat
Spot
CCD
其他
特点 分类
微波
各自特点 相互区别
分类
侧视雷达
遥感平台（卫星）
光学
仪器
传感器
雷达
光学 雷达
衡量分辨率
收集、探测遥感影像
遥感是啥
遥感的分类
按投影分 按颜色分
种类
描述方法
数字影像
大气成分
大气结构 大气影响
大气
大气窗口
波的特性
植物
波
岩石土 地物反射波谱特性
水
遥感基础 物理基础
基础知识
遥感
处理遥感影像
模拟图像与数字图像的区别
影像转换（通常是数字化） 图像采样
灰度级量化
标准
变形
几何变形 变形误差
数字图像校正
构像方程
几何变形原因
校正流程（通常是数字影像校正）
几何校正
流程
坐标变换
多项式变换 共线方程法
灰度值重采样
定义 方法
误差产生原因
辐射校正 目的
方法
所需工具
灰度直方图 滤波器
均衡 （规定化）匹配
空间域 卷积运算算子
数字影像增强
方法
频率域
滤波器分类 各自特点
四则运算
彩色增强
不同颜色赋予 流程
植被指数
多源信息复合
目的
流ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 方法
平滑 锐化
反差增强？
图像预处理
建立标志 特征变换？
计算机解译
方法
监督 判别函数 非监督
流程 距离判别准则
原则
基于MERIS遥感图像的太湖叶绿素浓度反演
基于MERIS遥感图像的太湖叶绿素浓度反演作者：王根深王得玉来源：《安徽农业科学》2017年第30期摘要以太湖为试验区，基于MERIS遥感图像数据以及同步实测的太湖水质参数数据，应用归一化叶绿素指数算法（NDCI），对太湖水体叶绿素a浓度进行反演，得到了太湖区域的水体叶绿素a反演结果，并对反演结果进行了验证和分析。
结果表明：归一化叶绿素指数反演算法能够精确地反演太湖区域的叶绿素a浓度值，模型的决定系数（R2）为0.881 2，反演精度优于传统经验统计模型，可为今后更精确地反演内陆水体的叶绿素a浓度提供参考依据。
关键词MERIS遥感图像；叶绿素a；归一化叶绿素指数反演算法；太湖中图分类号X87文献标识码A文章编号0517-6611（2017）30-0071-04AbstractA novel index，normalized difference chlorophyll index（NDCI） was introduced in this study to invert the chlorophyll a（Chl.a） concentration form MERIS remote sensing image and the data of water quality parameters of Taihu Lake，and the inversion results were verified and analyzed.The inversion results showed that normalized Difference chlorophyll Index could accurately reflect the chlorophyll a concentration in the Taihu Lake， the coefficient of decision was 0.881 2，which was better than traditional empirical model，and provided a reference for the more accurate inversion of chlorophyll a concentration in inland water.Key wordsMERIS remote sensing image；Chlorophylla；NDCI；Taihu Lake内陆水体，特别是位于经济发达、人口密集地区的湖泊和河口，一般受到人类活动影响较大，湖泊水污染和水体富营养程度日益加重。
内陆水体水面以上光谱测量方法及对比分析
LOW CARBON WORLD2021/4节能环保内陆水体水面以上光谱测量方法及对比分析潘肇博（金陵中学，江苏南京210000）【摘要】为探讨内陆水体水面以上垂直测量和倾斜测量的异同，本文以2019年10月一2020年5月太湖为对象，对两种测量方式进行阐释和对比，从测量结果提出垂直测量和倾斜测量两种方法，两者的光谱输出结果差异性较小，具有高度的相似性，都是内陆水体水面以上光谱测量的有效手段，以期为相关人员提供参考。
【关键词】光谱采集；水体测量；垂直测量【中图分类号］X832【文献标识码】A【文章编号］2095-2066（2021）04-0063-021观测几何近年来，随着遥感技术发展越来越成熟，其光谱分辨率大幅提高，经常被运用于水体测量中，利用野外实测的水体遥感反射率可以对水体物质的种类及含量进行分析。
目前水体测量中较为权威的水面以上测量法主要分为两种：垂直测量和倾斜测量。
垂直测量即测量仪器垂直于水面进行测量,倾斜测量则为测量仪器相较于水平面有一定夹角，一般为（135毅,40。
）的观测几何。
垂直测量与倾斜测量两者互有优劣，垂直测量方式简单，数据处理便捷,但会受到船体、太阳直射反射等的影响;倾斜测量时测量往往无法精确把握角度，同时天空光的散射并非各向同性，无法保证测量结果的一致性。
为了探讨两种方法的异同，本文以2019年10月一2020年5月太湖为对象，利用两种测量方式分别采集光谱数据进行对比。
2数据采集及处理2.1数据获取水体采样点为常规的监测点位，如图1所示。
采样时间跨度为2019年10月一2020年5月，具体采样时间为月初的1~5日。
垂直测量法和倾斜测量法均为每个点位进行10次测量，积分时间取136ms。
仪器光谱范围为：282~1090nm,512个波段，光谱采样间隔为1.41nm,光谱分辨率为3nm。
在实际测量中，会尽量避免试验环境和结果的因素，如船体波纹、风向风速等。
2.2数据处理水体遥感反射率携带着水色信息，是水体表观光学特性的核心。
太湖水面多角度遥感反射率光谱测量与方向特性分析
响 ，导致内陆水体水质遥感存 在 不 确 定 性 ，各 种 内 陆 水 体 水 质遥感模型的适用性受到限 制 。因 此 ，迫 切 需 要 开 展 内 陆 水 体光场的二向性分布规律研究 。 水体光场二向性的 研 究 通 常 基 于 水 体 辐 射 传 输 模 型 （ 如 ） 蒙特卡罗模拟 或 Ｈ 的 模 拟 数 据 ，这 些 模 型 通 常 包 ｄ ｒ ｏ ｌ ｉ ｈ ｔ ｙ ｇ 含很多简化的假设 ，因此分析 结 果 具 有 一 定 的 局 限 性 ，亟 待 实测数据对其进行检验 。目前 ，国 际 上 能 够 测 量 水 体 光 场 二
体时都是使探头向外倾斜 。由于水体光场 是 以 太 阳 平 面 对 称 的 ，因此观测杆与太阳平面的 夹 角 既 可 以 是 顺 时 针 方 向 ，也 可以是逆时 针 方 向 ，实 际 测 量 时 选 择 受 船 体 影 响 较 小 的 一 侧。 １ ３ 水面多角度光谱数据处理方法 １ ． ３ ． １ 异常剔除和均值计算 每个采样点的每个观测目标都测量 了 若 干 条 光 谱 ，参 考 、各角度天空光光谱 （ 板 光谱 （ 用犔 表示 ） 用犔 表示 ） λ） λ） ｓ ｋ ｐ（ ｙ（ 一般 没 有 异 常 值 ， 直 接 取 均 值 。 各 角 度 水 体 的 光 谱 （ 用 有可能有 随 机 耀 斑 ，因 此 首 先 要 剔 除 受 耀 斑 影 犔 λ）表示 ） ｓ ｗ（ 响的异常光谱 ，其余光谱取均值 。 １ ． ３ ． ２ 天空光气水界面反射率计算 天空光气水界面反射率 （ 用狉 是计算水面遥感反 ｓ ｋ ｙ表 示 ） 射率 的 关 键 参 数 。 狉 ｓ ｋ ｙ 的 值 会 随 角 度 变 化 ，不 能 取 固 定 的 值 。
［３， １ ４］ 发明和改 进 的 水 下 鱼 眼 相 机 ，但 是 向性的只有 Ｖ ｏ ｓ ｓ等 １
太湖水色因子空间分布特征及其对水生植物光合作用的影响
［ -］ （ -’’ ） 以进行散射校正 !
光合 有 效 辐 射 （ >H:6:1P;6HL653 =Q=5?=8?L 7=R5=O 用水下光量子仪 （ V5OA:7 $,&WT， V5OA:7， 65:; ，STU） MWT） 进行测定! 为避免船体阴影的影响， 在船的向 阳面进行测量! 测量深度根据水深分别为 ’ 、 &’ 、 #’ 、 -# 、 $’’ 和 $#’ 30! ()* 在光学性质均一水体中的衰
细分析了太湖典型湖区真光层深度的影响因素、 时 空变化及其生态意义， 这对于湖泊初级生产力和营 养盐估算以及湖泊生态修复和水质改善的研究具有 重要作用! 研究水体水色因子和真光层深度的空间 变化特征及其对水生植物光合作用的影响， 能够更 好地了解水体的环境状况及其空间差异， 可为水体 环境的改善和水体生态系统的重建提供理论依据! 为此， 本文分析了太湖全湖水色因子及真光层深度 的空间变化特征， 并探讨了其对水生植物光合作用 的影响， 旨在为太湖污染的治理和水体环境生态修 复提供基础资料! !" 材料与方法 !# $" 样品采集 研究区为位于我国长江中下游地区著名的五大 淡水湖之一的太湖 （ (’)##*—($)((* +，$$,)#&*— $&’)(-* .） ! 采样点共设 /" 个 （ 图 $） ， 覆盖整个太 湖湖区， 数据采集时间为 &’’/ 年 $’ 月 &" 日—$$ 月 & 日! 采样时天气晴好， 平均风速 & 0 ・ 1 2 $ 左右， 最 大风速不超过 # 0・ 1 2 $ ! 水样的取样深度为距表层 # ’ 30 处， 水质分析参数有悬浮物、 叶绿素浓度和
能量来源， 它不仅决定浮游植物和沉水植物的生物 量， 还会影响它们的种群结构， 是水体初级生产力的
光合 有 效 辐 射 （ >H:6:1P;6HL653 =Q=5?=8?L 7=R5=O 用水下光量子仪 （ V5OA:7 $,&WT， V5OA:7， 65:; ，STU） MWT） 进行测定! 为避免船体阴影的影响， 在船的向 阳面进行测量! 测量深度根据水深分别为 ’ 、 &’ 、 #’ 、 -# 、 $’’ 和 $#’ 30! ()* 在光学性质均一水体中的衰
细分析了太湖典型湖区真光层深度的影响因素、 时 空变化及其生态意义， 这对于湖泊初级生产力和营 养盐估算以及湖泊生态修复和水质改善的研究具有 重要作用! 研究水体水色因子和真光层深度的空间 变化特征及其对水生植物光合作用的影响， 能够更 好地了解水体的环境状况及其空间差异， 可为水体 环境的改善和水体生态系统的重建提供理论依据! 为此， 本文分析了太湖全湖水色因子及真光层深度 的空间变化特征， 并探讨了其对水生植物光合作用 的影响， 旨在为太湖污染的治理和水体环境生态修 复提供基础资料! !" 材料与方法 !# $" 样品采集 研究区为位于我国长江中下游地区著名的五大 淡水湖之一的太湖 （ (’)##*—($)((* +，$$,)#&*— $&’)(-* .） ! 采样点共设 /" 个 （ 图 $） ， 覆盖整个太 湖湖区， 数据采集时间为 &’’/ 年 $’ 月 &" 日—$$ 月 & 日! 采样时天气晴好， 平均风速 & 0 ・ 1 2 $ 左右， 最 大风速不超过 # 0・ 1 2 $ ! 水样的取样深度为距表层 # ’ 30 处， 水质分析参数有悬浮物、 叶绿素浓度和
能量来源， 它不仅决定浮游植物和沉水植物的生物 量， 还会影响它们的种群结构， 是水体初级生产力的
遥感概论水体相关优质PPT资料
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小田
小田
水体遥感的意义
• 水是生态系统的血液，是地球环境中最重要和最有活力的
因素，充足、优质 的水资源是生态系统健康发展的物质 白因天此，水在体近将红太外阳的辐遥射感能影大像量上地，吸清收澈储的存水，体增呈温黑比色陆。地快，在遥感影像上表现为热红外辐射低，呈暗色调； 基础，是21世纪可持续发展战略实施的重要 保障。地球 根（据1）污水水体与叶河绿水素掺浓混度、增扩加散，的蓝情光况波，段还的可反以射估率算下污降水，量绿。光波段的反射率增高。
凡 如是果向有河 连流 续排 的出 几污 次水 热的 红工外厂 影， 像污 ，水 还未 能经 求处 出理 热净 水化 扩立 散刻 的可 综以 合被 扩发 散现 系。 数。
展必须解决的重大问题，尤其是内陆水体， 其水质影响 图根为据污水年与4月河2水0日掺，混墨、西扩哥散湾的的情一况座，还钻可井以平估台算发污生水爆量炸。，造成的石油泄漏 到了国民生产和人们的生活用水。因此，准确、快捷的水 为因区此分 ，水在路近界红线外，的确遥定感地影面像上有，无清水澈体的覆水盖体，呈应黑选色择。近红外波段的影像。
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NEXT
小田
• 例如发电厂排出的热水、经过冷却湖回抽冷却，使发电机
降温，热水又重新排出电厂。这种循环用水的冷却湖经常
需要测量湖水温度，以便控制装机容量及发电量。用8～
14μm波段的热红外扫描仪进行航空遥感，热红外图像可
显示出热污染排放、流向和温度分布的情形。经过密度分
割处理、根据少量的同步实测湖水温度，就可确切的绘出
N夜E间X，T 水温比周围地物温度高，发射辐射强，在热红外影像上呈高辐射区，为浅色调。
蔓延。 生 用物遥体感所 的需 方的 法磷 可、 以氧 测、 量钾一等 定营 深养 度物 内质 的在 含湖 沙泊 量、 平河 面口 分、 布海 情湾 况等 。缓流水体中大量富集，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖、水体溶解氧含
NEXT
小田
小田
水体遥感的意义
• 水是生态系统的血液，是地球环境中最重要和最有活力的
因素，充足、优质 的水资源是生态系统健康发展的物质 白因天此，水在体近将红太外阳的辐遥射感能影大像量上地，吸清收澈储的存水，体增呈温黑比色陆。地快，在遥感影像上表现为热红外辐射低，呈暗色调； 基础，是21世纪可持续发展战略实施的重要 保障。地球 根（据1）污水水体与叶河绿水素掺浓混度、增扩加散，的蓝情光况波，段还的可反以射估率算下污降水，量绿。光波段的反射率增高。
凡 如是果向有河 连流 续排 的出 几污 次水 热的 红工外厂 影， 像污 ，水 还未 能经 求处 出理 热净 水化 扩立 散刻 的可 综以 合被 扩发 散现 系。 数。
展必须解决的重大问题，尤其是内陆水体， 其水质影响 图根为据污水年与4月河2水0日掺，混墨、西扩哥散湾的的情一况座，还钻可井以平估台算发污生水爆量炸。，造成的石油泄漏 到了国民生产和人们的生活用水。因此，准确、快捷的水 为因区此分 ，水在路近界红线外，的确遥定感地影面像上有，无清水澈体的覆水盖体，呈应黑选色择。近红外波段的影像。
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小田
• 例如发电厂排出的热水、经过冷却湖回抽冷却，使发电机
降温，热水又重新排出电厂。这种循环用水的冷却湖经常
需要测量湖水温度，以便控制装机容量及发电量。用8～
14μm波段的热红外扫描仪进行航空遥感，热红外图像可
显示出热污染排放、流向和温度分布的情形。经过密度分
割处理、根据少量的同步实测湖水温度，就可确切的绘出
N夜E间X，T 水温比周围地物温度高，发射辐射强，在热红外影像上呈高辐射区，为浅色调。
蔓延。 生 用物遥体感所 的需 方的 法磷 可、 以氧 测、 量钾一等 定营 深养 度物 内质 的在 含湖 沙泊 量、 平河 面口 分、 布海 情湾 况等 。缓流水体中大量富集，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖、水体溶解氧含
第三章-水体遥感
③ 衰减后的水中散射光，部分到达 水体底部形成底部反射光，它的 强度与水深呈负相关，且随着水 体混浊度的增大而减小。
水中散射光的向上部分及浅海条
件下的底部反射光共同组成水中光。 水中光、水面反射光、天空散射光
电磁波与水体的相互作用
共同被空中探测器所接收（它们是波长、高度、入射角、观测角的函数）。
其中前两部分包含有水的信息(水色、水温、海面形态等信息)，因而可
统计相关模型，要求样本数据量大，且数据分布典型。这对浩瀚、 多变的大海是难以满足的，而若样本不足或不典型，则误差较大。
后者，可用灰色系统理论中的关联度分析法（即对事态变化趋势的
量化分析，其实质是对由遥感数据计算的含沙量曲线与实测的含沙量曲线
间几何形状贴近程度的分析比较），确定关联变换系数后，通过少量样 本进行遥感图象数据的外推计算。它较统计法反映的规律性更明显， 结果稳定。
正因为不同波长的光对水体的透 射作用和穿深能力不同，所以水体 不同波段的光谱信息中，实际上反 映了不同厚度水体的信息特征，包 涵了“水深”的概念。
不同浊度水体的光谱衰减特征
实际上影响遥感入水深度的因素很多。除波长、水体混浊度外，
还与水面太阳辐照度 E() ——是太阳入射方向 、 的函数，水
体衰减系数 () 、水体底质的反射率 () 、海况、大气效应等有
2. 水体光谱特性与悬浮泥沙含量的关系
从理论上讲，水体的光谱特性（水色） ，包含了水中向上的散射光 （水中光），它是入水的透射光与水中悬浮物质相互作用的结果，与水 中悬浮泥沙含量直接相关。水色成为泥沙含量的较精确的一种指标。
随着水中泥沙含量的增加，水体的可见光反射增加，水体由暗变 得越来越亮；反射峰值波长向长波方向移动，即从兰→绿→更长波段 （0.5 μm以上）移动； 反射峰值本身形态变得 更宽。当水中泥沙含量 近于饱和时，水色也接 近于泥沙本身的光谱。
水色湖泊遥感
内陆二类水体
1.陆地卫星多光谱传感器 Landsat TM/ETM、SPOT HRV、CBERS CCD、EO-1 ASTER、beijing-1 CCD等； 评价:具有较高的空间分辨率（20-30m左右），但时间分辨率较低（15-30d）， 无法及时的监测水体污染事件，实用性受限。 2.星载及机载高光谱传感器 EO-1 Hyperion及AVRIS、OMIS、CASI、AISA+ 评价：信噪比一般较低切传感器刈(yi)幅较窄，监测范围有限。 特别：HJ-1 A/B HIS,空间分辨率（20-30m）、高时间分辨率、高光谱分辨 （450-950nm）且观测幅宽（720km）
• 水色参数反演
凡存在显著光谱特征或光学特性的水体组分参数, 即光活性物质, 都可以通 过遥感实施定量反演,如叶绿素、悬浮物、DOC 等； 主要反演方法： 经验/半经验方法，核心是水色参数光谱特征的先验已知性。虽然基于卫星遥 感影像数据的半经验算法的理论基础不明确, 但在特定的湖区, 针对特定的传感器, 半经验算法却具有较强的稳定性, 同时具有较高的反演精度。 半分析方法，核心是生物光学模型，它是目前湖泊水色遥感的研究热点，使 用的方法是矩阵分解法。
影响水体光学特性因素
大洋一类水体主要是叶绿素，内陆湖泊等Ⅱ类水体中, 包含浮游植物色素、悬 浮颗粒以及黄色物质等, 引起的光学特性远比Ⅰ类水体复杂的多。
• 基础理论及模型
理论:水体辐射传输是水色要干的基础理论 水体辐射传输模型：
国外著名的有：Hydrolight辐射传输模型以及Monte Carlo辐射传输模型，这 两个模型在辐射传输方程的参数化过程中起了重要作用。这些模型可以应用于湖 泊水色遥感中。 存在的问题：由于湖泊存在光学深水和光学浅水，在光学浅水中，基本的辐 射传输过程没有变化，但光的传播环境发生了变化, 从而影响了解决辐射传输问 题的假设和边界条件(潘德炉等，2008) 国内：这方面研究还处于起步阶段。
《水体遥感》课件
水体动态变化监测
变化监测
遥感技术可以实时监测水体的面积、 形态和分布变化，如洪水的发生、水 库的蓄水、河道的变迁等。
动态分析
通过对水体动态变化的监测和分析， 可以及时发现和预测自然灾害、水资 源的开发利用状况，为防灾减灾和水 资源管理提供决策支持。
水生态系统研究
生态监测
遥感技术可以监测水生生物的分布、数量和生长状况，以及水生植物的覆盖度等生态参数。
生态保护
监测水体生态系统健康状况，评估水 生生物栖息地质量，为生态保护和修 复提供决科学等领域的研究 提供数据资料，促进相关学科的发展 。
水体遥感技术的发展历程
起步阶段
20世纪70年代，遥感技术开始应用于 水体监测领域。
发展阶段
成熟阶段
21世纪以来，高光谱、多角度、高分 辨率等新型遥感技术的发展，使得水 体遥感技术在水环境监测中发挥越来 越重要的作用。
PART 05
水体遥感面临的挑战与展 望
数据获取与处理难度大
遥感数据源多样
水体遥感涉及多种卫星和传感器平台，数据格式和分辨率差异较 大，增加了数据整合和处理的难度。
复杂水体环境的干扰
水体中的悬浮物、泥沙、水生植物等对遥感信号产生干扰，影响数 据的准确性和可靠性。
多源数据融合需求
不同遥感数据源具有各自的优势和局限性，需要发展多源数据融合 技术，提高水体信息提取的精度和可靠性。
生态评估
通过遥感数据和生态参数的结合，可以对水生态系统进行定性和定量评估，为水生生物的保护和水生态环境的修 复提供科学依据。
水灾预警与应急响应
预警系统
利用遥感技术可以实时监测降雨量、水位、水流等信息，及时发现和预测洪水灾害。
应急响应
太湖蓝藻水华遥感监测方法
波段组合算法, 是本文研究的重点.
1.2 遥感数据及其处理方法
1.2.1 遥感数据 通过调查太湖蓝藻历史爆发时段, 分别选取部分蓝藻存在时段内的 EOS MODIS/Terra(空
间分辨率 250m、500m、1km)、CBERS-2 CCD(空间分辨率 19.5m)、Landsat ETM(空间分辨率 30m)、以
水是生命之源, 而湖泊是地球上最重要的淡水资源之一, 是湖泊流域地区经济可持续发展和人们赖 以生存的重要基础[1]. 目前, 我国内陆湖泊面临的一个主要问题是水体的富营养化[2], 其重要特征是藻类 物质, 特别是蓝藻大量繁殖. 蓝藻异常生长, 极易堆积、腐烂沉降, 形成水华, 在河口以及近岸淤积[3], 不 仅破坏水体景观和生态系统平衡, 而且由于蓝藻在生长过程中释放毒素, 消耗溶解氧, 引起水体生物大 量死亡, 湖泊水质恶化, 严重威胁了湖泊周围地区的饮水安全[4]. 如2007年5-6月, 由于太湖蓝藻爆发, 无锡重要水源地贡湖南泉水厂取水口遭受严重污染, 导致100多万人饮水困难. 因此, 快速、全面掌握蓝 藻分布信息, 对于控制蓝藻水华、评价蓝藻生态环境风险、研究蓝藻异40nm、680nm 反射率减小, 吸收峰增加; 藻华水体叶绿素 a 浓度与位于
700nm 附近的反射峰高度呈正相关关系, 也与 690-740nm 区间的荧光峰位置红移呈正相关关系[12-13]; 同
时, 近红外波段具有明显的植被特征“陡坡效应”, 反射率升高[6]. 因此, 基于这些显著光谱特征的波段或
aY
(1)
式中: RW 为水面反射率; bW、bS和bP分别为水、无机悬浮物质和藻类物质的后向散射系数; aW、aS、aP和 aY 分别为水、无机悬浮物质、藻类物质和黄色物质的吸收系数. 各物质的吸收、后向散射系数均可分别 写成比吸收系数、比后向散射系数和相应物质浓度的乘积[11].
用分析模型方法反演水体叶绿素的浓度_李云梅
Ab stract: Ch lorophy ll con cen tration is an importan t index for eva luating water qu ality . To make the inversion of rem ote sen sing more accu rate and m ore reality , it is s ignifican t to bu ild analy tic mode l for si m u la ting water R (0 ), and by the analytic m odel to inverse ch lo rophyll concen tration. 18 poin ts in T aihu lake were chosen, and at those po in ts, the spectra of the w ater and water ch lorophy ll concen tration were m easured at th e sa m e time in June, 2004 . The si m u lation mode l o f R (0 ) was bu ilt u sing Go rdon mode l, and the ch lorophyll concen tra tion was inversed u sing op tim ization m ethod. Th e corre lation of measu red and inversed R (0 ) is 3 0.99. W hen the ch lorophyll concen tration is h igher than 30mg / m , th e relative erro r of inve rsed value is less than 20%. Then, the ch lorophy ll concentration is inversed by th is m odel for seven measu red sa m p les in Ju ly, 2004. The correlation ofm easu red and inversed R (0 ) is 0.94. And the relative error of the m ajo rity poin ts is less than 60%. K ey word s: analytic model;water;ch lorophy ll concen tration; R (0 )
基于GOCI影像的湖泊悬浮物浓度分类反演
基于GOCI影像的湖泊悬浮物浓度分类反演赵丽娜;王艳楠;金琦;冯驰;潘洪洲;张杰;吕恒;李云梅【摘要】悬浮物直接影响到光在水体中的传播,进而影响着水生生态环境,最终决定了湖泊的初级生产力.传统的遥感反演估算模型大多是针对某一湖区进行统一建模,忽视了不同区域水体光学性质的复杂差异性,并且传统的传感器时间分辨率和空间分辨率受到一定限制.针对太湖、巢湖、滇池、洞庭湖4个湖区利用两步聚类法将高光谱模拟到GOCI影像上的波段进行分类,将水体类型分为三类,第一类水体为悬浮物主导的水体,第二类水体为悬浮物和叶绿素a共同主导的水体,第三类水体为叶绿素a主导的水体.针对不同类型水体的光学特征,分别构建了悬浮物浓度反演模型,结果表明第一类水体可以利用B7/B4,第二和第三类水体可以利用B7/(B8+B4)作为波段组合因子对悬浮物浓度进行模型构建.精度验证结果表明,分类建模后第一类和第三类水体悬浮物浓度估算精度都得到了较明显提高,第一类水体RMSE降低了9.19mg/L,MAPE降低了3％,第三类水体RMSE降低了5.63 mg/L,MAPE降低了13.97％,第二类水体精度稍有降低.最后将反演模型应用于2013年5月13日的GOCI影像,可知整体而言太湖西南部地区悬浮物浓度较高,东北部地区悬浮物浓度较低,并且从9:00到15:00,太湖南部悬浮物浓度较高的区域在逐渐缩小.【期刊名称】《生态学报》【年(卷),期】2015(035)016【总页数】9页(P5528-5536)【关键词】富营养化湖泊;悬浮物;GOCI影像;遥感反演;光学分类【作者】赵丽娜;王艳楠;金琦;冯驰;潘洪洲;张杰;吕恒;李云梅【作者单位】南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室,南京210023;南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室,南京210023;南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室,南京210023;南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室,南京210023;南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室,南京210023;南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室,南京210023;南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室,南京210023;江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心,南京210023;南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室,南京210023;江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心,南京210023【正文语种】中文悬浮物广泛分布于海洋、湖泊、河流等水体，其浓度是水质和水环境评价重要的参数之一，悬浮物含量的多少直接影响到光在水体中的传播，进而影响着水生生态环境，最终决定了湖泊的初级生产力[1]。
遥感物理4.1 第四章 水色遥感 第一节 自然界水体内部光场
Ls
L0
Lw
水面
水底
4/4
离水辐射Lw是由水分子及水中悬浮物质对入射辐射的后向散 射，以及水底反射（通常水深时照不到水底，此项为0）产生 的。建立其与悬浮物质浓度的函数关系，以便反演我们希望
获得的信息，是水色遥感的主要目标。
水面反射Ls中太阳直射部分能量较大，易导致遥感器信号饱 和，丧失对水色的观测能力，需要控制遥感器视向避开其干 扰。水面反射可以看作镜面反射，利用菲涅耳公式即可计算 其强度，难度在于水面起伏以及白帽效应产生的破碎镜面问 题。
• 近岸水则由于河口排放和潮汐作用，增加了泥沙和黄
色物质等变量。
大洋水清澈、近岸水浑浊
3/4
遥感器接收的水体表面亮度值
L() t() Lw() Ls() L0()
L(λ)为遥感器测得的总辐射亮度， Lw(λ)为离水辐射亮 度， Ls(λ)为水面对大气下行辐射（天空光）及太阳直 射辐射的反射， L0(λ)为大气路径辐射，t(λ)为大气漫射 透过率。
根据互易原理，β(z,Ω,Ω’)= β(z,Ω’,Ω)
L如何变成E？Ed(0)？
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在深度z处，dz层对向上辐射通量密度的贡献为：
dEu(z) bbEd(z)dz bbEd(0)e[abb]zdz
dEu(z)在向上传输到水面时，也会经过衰减。 则dz层对水面 的向上辐射通量密度的贡献为：
dEu(0) dEu(z) e[abb]z bbEd(0)e2[abb]zdz
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比较已讲到的各种辐射传输方程：
dI I J kds
dI(, ) I(, ) F0e / 0P(, 0)
d
4
I(, ' )P(, ' )d' B[T()]
第_6_章_水环境遥感1
1.水体界限的确定
在可见光范围内,水体的反射率总体上比较低,不超过10%， 一般为4%～5%,并随波长的增大逐渐降低,到0.6 μm处约 2%～3%，过了0.75 μm，水体几乎成为全吸收体。因此，
在近红外的遥感影像上，清澈的水体呈黑色。为区分水
陆界线，确定地面上有无水体覆盖，应选择近红外波段 影像。
遥感器接收L=Lw+Ls+Lp
水中散射光的向上 部分及浅海条件下 的底部反射光共同 组成Lw水中光或 称离水反射辐射。 到达水面的入射光
天空散射光Lp
它的强度与水面性 质有关：表面粗糙 度、水面浮游生物 、水面冰层、泡沫 带等。 3.5%水面散射光Ls
少量水体本身信息
（太阳光和天空光）
部分衰减后的水中 散射光到达水体底 部形成底部反射光 它的强度与水的混浊度成正 相关，与水的深度成负相关
3.水体光谱特征与悬浮泥沙含量的关系
如下图所示，自然环境下测量的清水(清澈湖水，悬浮泥沙含量10mg/L)和 浊水(混浊泥水，悬浮泥沙含量达99mg/L)的反射光谱曲线有着明显的差异，
浊水的反射率比清水高得多，且与清水相比浊水的反射峰值都出现在更长
的波段。
正因为水色与泥沙含量关系密切，水色成为泥沙含量的较精确的一种指标。 水色随混浊度的增加，由蓝→绿→黄，当水中泥沙含量近于饱和时，水色 也接近泥沙本身的光谱。
3.水体光谱特征与悬浮泥沙含量的关系
一般说来，对可见光遥感而言，波长0.43μm～ 0.65μm为测量水中叶绿素含量的最佳波段；0.58 μm ～0.68μm 对不同泥沙浓度出现辐射峰值，即对 水中泥沙反映最敏感，是遥感监测水体混浊度的 最佳波段，被NOAA，风云气象卫星及海洋卫星选 择。 因此，调查水色多选用0.45 μm ～0.65μm 谱段。
第3章 水环境遥感-2
石油污染
10-30
—— 0.15 （0.15） 0.15 （0.15） 温度分辨率 0.2C (1C) 0.05 （0.15） 0.015 （0.015）
2-4小时 （1天） 2小时 （1天） 5小时 （10天）
注意光晕
悬浮泥沙
固体废物
20
10
0-+15 （-5-+30） 0- +15 （-5-+30）
单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式中国矿业大学资源学院中国矿业大学资源学院单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式中国矿业大学资源学院中国矿业大学资源学院单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式中国矿业大学资源学院中国矿业大学资源学院单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式中国矿业大学资源学院中国矿业大学资源学院单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式中国矿业大学资源学院中国矿业大学资源学院单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式中国矿业大学资源学院中国矿业大学资源学院单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式中国矿业大学资源学院中国矿业大学资源学院太湖水华单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式中国矿业大学资源学院中国矿业大学资源学院太湖水华单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式中国矿业大学资源学院中国矿业大学资源学院单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式中国矿业大学资源学院中国矿业大学资源学院单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式中国矿业大学资源学院中国矿业大学资源学院323遥感监测反映水体富营养化程度的最主要因子是叶绿素其中又以叶绿素a最为突出
（1）基本概念 当大量的营养盐进入水体后，在一定条件下引 起藻类的大量繁殖，而后在藻类死亡分解过程中消 耗大量溶解氧，从而导致鱼类和贝类的死亡。这一 过程称为水体的富营养化。 水体出现富营养化现象时，浮游藻类大量繁殖， 形成水华。因占优势的浮游藻类的颜色不同，水面 往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。这种现象 在海洋中则叫做赤潮或红潮。
水面实测遥感光谱数据的叶绿素a反演模型构建——以太湖为例
水面实测遥感光谱数据的叶绿素a反演模型构建——以太湖为例李月娥;宋瑜;宋晓东;李昌平;郭照冰【期刊名称】《四川环境》【年(卷),期】2009(028)003【摘要】叶绿素a遥感反演的关键是建立遥感数据和叶绿素含量的定量关系.本文根据2007年11月在太湖实测的水体反射光谱及实验室分析得到的叶绿素浓度数据,对太湖水体反射光谱特征与叶绿素浓度之间的关系进行分析和建模.研究结果表明:687nm附近反射峰位置对叶绿素浓度有很好的指示作用,在太湖水体叶绿素浓度的估测模型中,反射峰位置的指数模型要优于线性模型;叶绿素a浓度与684nm 和633nm附近的一阶微分有很好的相关性,利用R'684和R'633所建叶绿素a浓度反演模型的估算精度R2分别达到0.89和0.91.【总页数】5页(P19-22,40)【作者】李月娥;宋瑜;宋晓东;李昌平;郭照冰【作者单位】苏州市环境监测中心站,江苏,苏州,215004;中国科学院城市环境研究所,厦门,361021;中国科学院城市环境研究所,厦门,361021;苏州市环境监测中心站,江苏,苏州,215004;南京信息工程大学环境科学与工程学院,南京,210044【正文语种】中文【中图分类】X524【相关文献】1.基于季节分异的太湖叶绿素浓度反演模型研究 [J], 乐成峰;李云梅;孙德勇;王海君2.基于水面实测光谱的太湖蓝藻卫星遥感研究 [J], 韩秀珍;吴朝阳;郑伟;孙凌3.太湖水体叶绿素浓度反演模型适宜性分析 [J], 王珊珊;李云梅;王永波;王帅;杜成功4.基于高光谱数据的水体叶绿素a指数反演模型的建立 [J], 王金梁;秦其明;李军;林丛;徐若风;高中灵5.基于实测值的Landsat 8水面温度反演算法对比——以太湖为例 [J], 陈争;王伟;张圳;王怡因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。