[理学]第 6 章 水环境遥感1.ppt

第6章 水环境遥感 内容提要 6.1 水体的光谱特性 6.2 水资源遥感 6.3 水体污染监测 6.3.1 内陆水体污染遥感监测 6.3.2 海洋污染遥感监测 6.1 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 ： 6.1 水体的光谱特性 由高度为Z的传感器接受到的遥感光谱信号L可用下式表示： 6.1 水体的光谱特性 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。 6.1 水体的光谱特性 6.1 水体的光谱特性 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。 6.2 水资源遥感 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。 6.2 水资源遥感 遥感在水文水资源方面的应用，包括水资源的调查、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。 6.2 水资源遥感 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。 6.2 水资源遥感 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 6.2 水资源遥感 水域变化监测 遥感研究自然历史变迁，尤以研究水域的演 变最为突出，效果明显。这是因为，一是水域面积大，变化快，形态独特；二是水在各波段具有明显的特性；三是水域演变后多能在原地保留一定湿度和形态， 即“痕迹”较为明显。因而，在遥感图像上图斑清晰，信息丰富，较易辨别。 （1）河流、水系变化 （2）湖泊演变 （3）河口三角洲演变 （4）海岸带演变 6.3 水体污染监测 利用遥感技术能迅速、同步地监测大范围水环境质量状况及其动态变化，在这些方面弥补了常规监测手段的不足，因此引起许多环境科学工作者的重视。就精度而言，遥感方法通常低于常规监测方法，但遥感技术正是通过这种精度上的损失，换取了水环境研究的区域性、动态性和同步性，这正是把遥感技术应用于水环境研究的意义所在。 6.3 水体污染监测 从原理上说，遥感传感器记录的是地表物体的电磁波辐射特性（强弱变化及空间变化），因此只有在较大程度上直接或间接影响水体的电磁波辐射性质的水环境化学物质才有可能通过遥感技术加以探测，并非所有水环境化学研究的内容都可以辅以遥感手段。 6.3 水体污染监测 利用遥感技术研究水环境化学包括定性和定量两种方法。定性遥感方法是通过分析遥感图像的色调（或颜色）特征或异常对水环境化学现象进行分析评价的，这往往需要了解水环境化学现象与遥感图像的色调（或颜色）之间的关系，建立图像解译标志。定量遥感方法建立在定性方法的基础之上，为了消除随机因素的影响，通常需要获得与遥感成像同步（或准同步）的实测数据，以标定定量数学模型。 6.3 水体污染监测 在江河湖海各种水体中，污染物种类繁多。为了便于用遥感方法研究各种水污染，习惯上将其分为富营养化、悬浮泥沙、石油污