水环境遥感(-198张)课件.ppt

1、遥感地学分析遥感地学分析授课人：卢晓宁授课人：卢晓宁 Chengdu University of Information Technology成都信息工程学院成都信息工程学院单击此处编辑母版标题样式主要内容主要内容2 2水体的光谱特征水体的光谱特征3 3水资源遥感水资源遥感4 4水污染遥感水污染遥感1 1水环境概述水环境概述2单击此处编辑母版标题样式v水环境水环境是由地球表层水圈所构成的环境，是由地球表层水圈所构成的环境，它包括在一定时间内水的它包括在一定时间内水的数量数量、空间分布空间分布、运动状态运动状态、化学组成化学组成、生物种群生物种群和和水体水体的的物理性质。物理性质。v水环境是一个

2、开放系统，它与土壤岩石水环境是一个开放系统，它与土壤岩石圈、大气圈、生物圈乃至宇宙空间之间存圈、大气圈、生物圈乃至宇宙空间之间存在着物质和能量的交换关系。在着物质和能量的交换关系。2.1 水环境概述水环境概述3单击此处编辑母版标题样式v水环境遥感监测水环境遥感监测多是对地表各种水体进行多是对地表各种水体进行空间识别、定位、及定量计算面积、体积空间识别、定位、及定量计算面积、体积或模拟水体动态变化。或模拟水体动态变化。v随着遥感基础研究的进展，对水体本身的随着遥感基础研究的进展，对水体本身的光谱特性有了深入研究，同时进行许多水光谱特性有了深入研究，同时进行许多水质光谱数据测试。对水体的遥测也转换

3、到质光谱数据测试。对水体的遥测也转换到水体属性特征参数的定量测定水体属性特征参数的定量测定，如水深的，如水深的控制、悬浮泥沙浓度的测定、和叶绿素含控制、悬浮泥沙浓度的测定、和叶绿素含量的测定，以及污染状况的监测等。量的测定，以及污染状况的监测等。2.1 水环境概述水环境概述4单击此处编辑母版标题样式v水中溶解固体水中溶解固体-天然水中八大离子：天然水中八大离子：Cl-，SO4-，HCO3-，Na+，K+，Ca2+，Mg2+，总量占水中溶解固体的，总量占水中溶解固体的95%以以上。上。海水以海水以Na+、Cl-占优势占优势河水以河水以Ca2+、HCO3-占优势。占优势。2.1 水环境概述水环境概

4、述-物质组成物质组成15单击此处编辑母版标题样式v水中微量元素水中微量元素-溴、碘、铜、钴、镍、氟、铁等。溴、碘、铜、钴、镍、氟、铁等。河水中，绝大多数河水中，绝大多数微量元素集中在悬浮物微量元素集中在悬浮物中，中，锰、钍、铅锰、钍、铅比海水高几十倍比海水高几十倍 海水中，以海水中，以溶解态形式存在溶解态形式存在，悬浮态的要比，悬浮态的要比溶解态的低数百倍到数千倍，甚至铬、铅也溶解态的低数百倍到数千倍，甚至铬、铅也主要呈溶解态，主要呈溶解态，溴溴比河水高数千倍，比河水高数千倍，硼硼比河比河水高数百倍，水高数百倍，锶、碘、氟、锂锶、碘、氟、锂高几十倍。高几十倍。v河水进入海洋，微量元素溶解性发生

5、本质上的河水进入海洋，微量元素溶解性发生本质上的分配，微量元素的浓度和比例都发生变化分配，微量元素的浓度和比例都发生变化。2.1 水环境概述水环境概述-物质组成物质组成16单击此处编辑母版标题样式v物理性质物理性质 温度温度水温随季节变化，但月均温低于大气水温随季节变化，但月均温低于大气月均温，且各部分温差不大。月均温，且各部分温差不大。臭与味臭与味水中臭与味主要来源于水生动植物水中臭与味主要来源于水生动植物或微生物的繁殖与衰亡。或微生物的繁殖与衰亡。颜色和色度颜色和色度有机物分解导致水中颜色有机物分解导致水中颜色 浑浊度浑浊度水中悬浮物和胶体物质对透水光线水中悬浮物和胶体物质对透水光线的阻碍

6、程度，由泥沙、黏土、有机物导致的阻碍程度，由泥沙、黏土、有机物导致 悬浮物质悬浮物质主要来自水体所在区域地表主要来自水体所在区域地表 电导率电导率各种无机盐离子使水具有电导率，各种无机盐离子使水具有电导率，天然水电导率低，污染水电导率高天然水电导率低，污染水电导率高 溶解气体溶解气体溶解氧（溶解氧（DO）2.1 水环境概述水环境概述-理化性质理化性质27单击此处编辑母版标题样式v化学性质化学性质 天然水是众多元素和化合物的混合液天然水是众多元素和化合物的混合液 天然水体是一个复杂的氧化还原系统天然水体是一个复杂的氧化还原系统有利于天然水体的自净过程和元素的有利于天然水体的自净过程和元素的迁移转

7、化，但也会产生一些有害的效迁移转化，但也会产生一些有害的效应应 天然水体是一个复杂的缓冲溶液系统天然水体是一个复杂的缓冲溶液系统对外来酸碱类物质有一定的抵御能力，对外来酸碱类物质有一定的抵御能力，使天然水使天然水PH值保持相对稳定值保持相对稳定对保护水生生物的生长繁殖极为有利对保护水生生物的生长繁殖极为有利2.1 水环境概述水环境概述-理化性质理化性质28单击此处编辑母版标题样式v水体水体河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋的总称。海洋的总称。环境学领域环境学领域把水体当作包括水中的悬浮把水体当作包括水中的悬浮物、溶解物质、底泥和水生生物等完整物、溶解物质、底泥

8、和水生生物等完整的生态系统或完整的综合自然体。的生态系统或完整的综合自然体。按区域按区域水体指某一具体的被水覆盖的地水体指某一具体的被水覆盖的地段，如太湖、洞庭湖等。段，如太湖、洞庭湖等。按类型按类型陆地水体和海洋水体。陆地水体和海洋水体。2.1 水环境概述水环境概述-水体污染水体污染39单击此处编辑母版标题样式v水污染分类水污染分类 感官性污染感官性污染-混浊混浊 需氧物质污染需氧物质污染-生活污水、食品加工和造纸工生活污水、食品加工和造纸工业排放的污染导致水难闻业排放的污染导致水难闻 无机污染无机污染-酸、碱、无机盐类的污染酸、碱、无机盐类的污染 植物营养物质污染植物营养物质污染-富含氮、

9、磷的废水富含氮、磷的废水 有毒化学物质污染有毒化学物质污染-农药、重金属农药、重金属 油污染油污染-石油、工业废水石油、工业废水 病原体污染病原体污染-医院、畜禽饲养场污水医院、畜禽饲养场污水 放射性污染放射性污染-核工业，核电站核工业，核电站 热污染热污染-热电厂的高温废水热电厂的高温废水2.1 水环境概述水环境概述-水体污染水体污染310单击此处编辑母版标题样式 在可见光波段在可见光波段0.6um之前，水的吸收少、反之前，水的吸收少、反射率较低、大量透射。其中水面反射率约射率较低、大量透射。其中水面反射率约5%左右，并随着太阳高度角的变化呈左右，并随着太阳高度角的变化呈3%-10%不等的变

10、化；不等的变化；水中可见光反射包含水中可见光反射包含水表面反射水表面反射、水体底部水体底部物质反射及物质反射及水中悬浮水中悬浮物质的反射物质的反射3方面的贡方面的贡献。献。2.2水水环境遥感物理机理环境遥感物理机理11单击此处编辑母版标题样式v对于对于清水（清水（H2O），），无任何溶解或悬浮物质：无任何溶解或悬浮物质：浅层表现为无色，水深为浅蓝色。浅层表现为无色，水深为浅蓝色。反射波谱从可见光到近红外波段呈递减的趋势：反射波谱从可见光到近红外波段呈递减的趋势：2.2水水环境遥感物理机理环境遥感物理机理1）水的光谱特征水的光谱特征v由水本身物质组成决定，又受各种水状态影响。由水本身物质组成决定

11、，又受各种水状态影响。在蓝在蓝-绿光波段反射率绿光波段反射率4%-5%4%-5%，0.6um0.6um以下的红光部分反射率降到以下的红光部分反射率降到2%-3%2%-3%，近红外部分几乎吸收全部的入射能量，近红外部分几乎吸收全部的入射能量，因此水体在这两个波段的反射能量很小。因此水体在这两个波段的反射能量很小。v在热红外，晚上比陆地地物亮，白天则相反。在热红外，晚上比陆地地物亮，白天则相反。v在微波雷达中回波强度因镜面反射而很小。在微波雷达中回波强度因镜面反射而很小。12单击此处编辑母版标题样式2.2水水环境遥感物理机理环境遥感物理机理v对于对于自然水体，自然水体，反射波谱受水自身光学特性影响

12、外，反射波谱受水自身光学特性影响外，还受水体内组分，如浮游生物、叶绿素、泥沙及其还受水体内组分，如浮游生物、叶绿素、泥沙及其他物质的影响，这些不同组分浓度的增加，往往使他物质的影响，这些不同组分浓度的增加，往往使水体反射率升高。水体反射率升高。v含泥沙的浑浊水体含泥沙的浑浊水体在可见光在可见光-近红外整体反射率增近红外整体反射率增加，在红光附近出现反射峰，且增长幅度随悬浮泥加，在红光附近出现反射峰，且增长幅度随悬浮泥沙的浓度与粒径而增加。沙的浓度与粒径而增加。v随泥沙含量增加，峰值波长向长波方向移动，但因随泥沙含量增加，峰值波长向长波方向移动，但因其在其在0.93um处存在近红外的强吸收，峰值

13、波长处存在近红外的强吸收，峰值波长位置不越过该值。位置不越过该值。v因此，因此，0.6m0.7m左右是左右是定量分析悬浮泥沙定量分析悬浮泥沙的最佳波段之一。的最佳波段之一。13单击此处编辑母版标题样式v近年我国部分水域遭受不同程度的污染，其中最近年我国部分水域遭受不同程度的污染，其中最普遍的是水体富营养化，促使藻类等水生生物大普遍的是水体富营养化，促使藻类等水生生物大量繁殖。量繁殖。v水生生物体中的叶绿素与藻胆素等会改变纯水在水生生物体中的叶绿素与藻胆素等会改变纯水在近红外波段近红外波段的强吸收性，使曲线多少显示出近红的强吸收性，使曲线多少显示出近红外的外的“陡坡陡坡”效应（图），其程度则取决

14、于水生效应（图），其程度则取决于水生生物量的多寡。生物量的多寡。v由此提供了遥感监测海洋赤潮和湖泊富营养化暴由此提供了遥感监测海洋赤潮和湖泊富营养化暴发水华的依据。发水华的依据。2.2 水体的光谱特征水体的光谱特征14单击此处编辑母版标题样式 水体清澈时，对短波的散射能力强，水体影像水体清澈时，对短波的散射能力强，水体影像呈蓝色；呈蓝色；水体混浊时，影像呈绿色或黄绿色。水体混浊时，影像呈绿色或黄绿色。v水面的反射波谱主要受如下因素决定：水面的反射波谱主要受如下因素决定：纯水及浮游生物或叶绿素、悬浮物、黄色物质纯水及浮游生物或叶绿素、悬浮物、黄色物质等水中组分的光学特性；等水中组分的光学特性；浅

15、水、清澈水体底质光学特性；浅水、清澈水体底质光学特性；日照角度与观测角度；日照角度与观测角度；水面的入射辐射；水面的入射辐射；水表面粗糙度；水表面粗糙度；气气-水界面的相对折射率。水界面的相对折射率。2.2 水环境遥感物理机理水环境遥感物理机理v受水体光谱特征的影响，受水体光谱特征的影响，水体的影像特征水体的影像特征表现为：表现为：15单击此处编辑母版标题样式v就是指它们的吸收和散射特性。就是指它们的吸收和散射特性。v对水体的反射波谱影响最大的组分：对水体的反射波谱影响最大的组分：纯水纯水-含水分子自身及一些可溶性盐无其他物质含水分子自身及一些可溶性盐无其他物质 浮游植物浮游植物-水表层普遍存

16、在的、微小的、自由漂水表层普遍存在的、微小的、自由漂浮的有机体。浮的有机体。悬浮物悬浮物-包含所有浮游植物组分没有包含的无机包含所有浮游植物组分没有包含的无机质，如泥沙、盐类。质，如泥沙、盐类。黄色物质黄色物质-有色可溶性的有机物质，是一种由腐有色可溶性的有机物质，是一种由腐殖质和棕黄酸构成的有机溶解物质，也包括吸殖质和棕黄酸构成的有机溶解物质，也包括吸收性与黄色物质非常接近的一些岩屑物质。收性与黄色物质非常接近的一些岩屑物质。2.2 水环境遥感物理机理水环境遥感物理机理2）水体及其组分的光学特性水体及其组分的光学特性16单击此处编辑母版标题样式就是指含水分子自身及一些可溶性盐无其他物质。就是

17、指含水分子自身及一些可溶性盐无其他物质。v吸收系数吸收系数：水体的吸收能量与入射能量的比值。：水体的吸收能量与入射能量的比值。v纯水光谱纯水光谱吸收特性吸收特性：可见光区，蓝光透射率最大，红光衰减最强；可见光区，蓝光透射率最大，红光衰减最强；与散射比较，纯水对光的衰减主要由吸收引起。与散射比较，纯水对光的衰减主要由吸收引起。红外光谱区红外光谱区，相对于吸收而言，散射影响可以，相对于吸收而言，散射影响可以忽略。忽略。由于选择性吸收效应，纯水在由于选择性吸收效应，纯水在750-760nm处处吸收达到最大，在其它波段存在若干窄的吸收吸收达到最大，在其它波段存在若干窄的吸收带。带。2.2 水环境遥感物

18、理机理水环境遥感物理机理（1）纯水的吸收和散射特性纯水的吸收和散射特性17单击此处编辑母版标题样式v散射系数散射系数：辐射通过介质时散射所造成的衰减部：辐射通过介质时散射所造成的衰减部分占总入射辐射的比例。分占总入射辐射的比例。v纯水光谱纯水光谱散射特性散射特性：纯水对光的散射源于水分子密度的涨落和极性纯水对光的散射源于水分子密度的涨落和极性水分子的取向的不均一性。水分子的取向的不均一性。纯水分子间的相互作用远远大于空气分子间的纯水分子间的相互作用远远大于空气分子间的相互作用；相互作用；纯水的散射系数与波长的纯水的散射系数与波长的-4.32次方成正比。次方成正比。2.2 水环境遥感物理机理水环

19、境遥感物理机理（1）纯水的吸收和散射特性纯水的吸收和散射特性18单击此处编辑母版标题样式指水表层普遍存在的、微小的、自由漂浮的有机指水表层普遍存在的、微小的、自由漂浮的有机体。体。是水体中食物网的基础，对全球的碳循环起重要是水体中食物网的基础，对全球的碳循环起重要作用。作用。水生环境中的浮游植物有成千上万种，有不同大水生环境中的浮游植物有成千上万种，有不同大小、形状和生理特征，并且其种类、浓度随空小、形状和生理特征，并且其种类、浓度随空间和时间的变化而变化。间和时间的变化而变化。2.2 水环境遥感物理机理水环境遥感物理机理（2）浮游植物的吸收和散射特性浮游植物的吸收和散射特性19单击此处编辑母

20、版标题样式叶绿素叶绿素a是浮游植物的主要色素来源，其浓度常被是浮游植物的主要色素来源，其浓度常被用作浮游植物浓度的一个指标。用作浮游植物浓度的一个指标。v浮游植物的浮游植物的典型吸收和散射系数都是通过典型吸收和散射系数都是通过叶绿素叶绿素a浓度浓度和和比吸收系数比吸收系数来估算。来估算。v比吸收系数是单位浓度的吸收系数，即一定体积水比吸收系数是单位浓度的吸收系数，即一定体积水体叶绿素吸收系数与叶绿素体叶绿素吸收系数与叶绿素a浓度的比值。公式如浓度的比值。公式如下：下：achl=Cchl*achlv achl为叶绿素吸收系数（为叶绿素吸收系数（m2/mg），），Cchl为叶绿素浓度（为叶绿素浓度

21、（m3/mg），），achl为叶绿素比吸收系数（为叶绿素比吸收系数（m-1）。）。v浮游植物典型吸收系数值在一个宽的范围里，且依浮游植物典型吸收系数值在一个宽的范围里，且依赖于藻类类型及生长状态，故随时间和空间变化。赖于藻类类型及生长状态，故随时间和空间变化。2.2 水环境遥感物理机理水环境遥感物理机理（2）浮游植物的吸收和散射特性浮游植物的吸收和散射特性20单击此处编辑母版标题样式v浮游植物浮游植物散射光谱特征和叶绿素的光谱特征相似。散射光谱特征和叶绿素的光谱特征相似。可见光及近红外波段范围，随浮游植物的含量可见光及近红外波段范围，随浮游植物的含量增加，水体反射率增加；增加，水体反射率增加；

22、且随浮游植物浓度的增大，反射峰值位置向长且随浮游植物浓度的增大，反射峰值位置向长波方向移动。波方向移动。在在550nm附近有一反射峰，在附近有一反射峰，在685nm附近有附近有明显的荧光峰。明显的荧光峰。2.2 水环境遥感物理机理水环境遥感物理机理（2）浮游植物的吸收和散射特性浮游植物的吸收和散射特性21单击此处编辑母版标题样式指包含有所有浮游植物组分没有包含的无机质。指包含有所有浮游植物组分没有包含的无机质。自然因素和人类活动造成的水土流失、河流侵蚀，自然因素和人类活动造成的水土流失、河流侵蚀，带入大量的泥沙进入河、湖和海，成为水体中带入大量的泥沙进入河、湖和海，成为水体中悬浮物的重要来源。

23、悬浮物的重要来源。吸收特性：随水中悬浮物浓度增加，水在可见吸收特性：随水中悬浮物浓度增加，水在可见光的反射亮度增加，且峰值波长向长波方向移光的反射亮度增加，且峰值波长向长波方向移动，且反射峰形态本身变的更宽。动，且反射峰形态本身变的更宽。散射特性：入水的透射光，对较小的悬浮物颗散射特性：入水的透射光，对较小的悬浮物颗粒发生瑞利散射，其峰值位于蓝波段；对较大粒发生瑞利散射，其峰值位于蓝波段；对较大悬浮物颗粒产生米氏散射。悬浮物颗粒产生米氏散射。2.2 水环境遥感物理机理水环境遥感物理机理（3）悬浮物的吸收和散射特性悬浮物的吸收和散射特性22单击此处编辑母版标题样式指有色可溶性有机物质，是一种有腐

24、殖质和棕黄指有色可溶性有机物质，是一种有腐殖质和棕黄酸构成的有机溶解物质，也包括吸收特性与黄酸构成的有机溶解物质，也包括吸收特性与黄色物质非常接近的一些岩屑物质。色物质非常接近的一些岩屑物质。它可能具有地源性，如来源于浮游植物的退化物它可能具有地源性，如来源于浮游植物的退化物质或其他有机微粒，也可能由水流从很远的地质或其他有机微粒，也可能由水流从很远的地方输送而来，如河流经茂密的树林地区，流经方输送而来，如河流经茂密的树林地区，流经富含有机质的土壤，沿途积累了大量的黄色物富含有机质的土壤，沿途积累了大量的黄色物质。质。对于水体而言，经较长距离积累的黄色物质的浓对于水体而言，经较长距离积累的黄色

25、物质的浓度要比当地水体自身产生的黄色物质的浓度要度要比当地水体自身产生的黄色物质的浓度要高的多。高的多。2.2 水环境遥感物理机理水环境遥感物理机理（4）黄色物质的吸收和散射特性黄色物质的吸收和散射特性23单击此处编辑母版标题样式吸收特性：黄色物质吸收光谱可表示成指数形吸收特性：黄色物质吸收光谱可表示成指数形式：式：aCDOM()=aCDOM(0)exp(-S(0-)式中，式中，0为参考波长，为参考波长，S为经验系数。为经验系数。一般情况，取一般情况，取0=440nm；在开阔水域，考；在开阔水域，考虑到信噪比和自然水体中黄色物质对紫外光的虑到信噪比和自然水体中黄色物质对紫外光的消减，可考虑用消

26、减，可考虑用350nm或更短的波长。或更短的波长。对黄色物质和浮游植物色素吸收的研究，常采对黄色物质和浮游植物色素吸收的研究，常采用用440nm，这是由于黄色物质和浮游植物色，这是由于黄色物质和浮游植物色素在蓝光处吸收产生重叠的原因。素在蓝光处吸收产生重叠的原因。2.2 水环境遥感物理机理水环境遥感物理机理（4）黄色物质的吸收和散射特性黄色物质的吸收和散射特性24单击此处编辑母版标题样式v3）水体辐射传输过程及构成水体辐射传输过程及构成2.2水水环境遥感物理机理环境遥感物理机理天空散射光天空散射光大气程辐射大气程辐射Lp：太阳辐射在大气传输过程中各组分及太阳辐射在大气传输过程中各组分及气溶胶微

27、粒散射后直接到达传感器的辐射。气溶胶微粒散射后直接到达传感器的辐射。遥感器接收到的光包括遥感器接收到的光包括天空散射光天空散射光、水水面反射光面反射光和和水中光水中光水面反射光水面反射光水面反射水面反射Ls：它的强度与水面状况有关，但除发生镜它的强度与水面状况有关，但除发生镜面反射外，一般仅占到入射光面反射外，一般仅占到入射光3.5 左右；左右；水中光水中光-离水反射离水反射Lw太阳光经折射和透射进入水中，大部分被太阳光经折射和透射进入水中，大部分被水体吸收，部分被水体悬浮泥沙和有机生物散射、反射、衍射，水体吸收，部分被水体悬浮泥沙和有机生物散射、反射、衍射，构成构成水体散射光水体散射光，与浑

28、浊度呈正相关，与浑浊度呈正相关 其中返回水面的部分称其中返回水面的部分称后向散射光后向散射光；部分透过水层，到达水底再反射，构成部分透过水层，到达水底再反射，构成水底反射光水底反射光，与水，与水深及水的浑浊度呈负相关深及水的浑浊度呈负相关水底反射光水底反射光与与后向散射光后向散射光一起组成一起组成水中光（或称离水反射辐射）水中光（或称离水反射辐射），回到水面再折向空中。回到水面再折向空中。25单击此处编辑母版标题样式v3）水体辐射传输过程及构成水体辐射传输过程及构成2.2 水环境遥感物理机理水环境遥感物理机理26单击此处编辑母版标题样式v3）水体辐射传输过程及构成水体辐射传输过程及构成v后向散

29、射光随水体浑浊度的增加而增加，两者后向散射光随水体浑浊度的增加而增加，两者呈正相关；呈正相关；v水体底部反射光强度与水深呈负相关，且随水水体底部反射光强度与水深呈负相关，且随水体浑浊度的增大而减小。体浑浊度的增大而减小。2.2 水环境遥感物理机理水环境遥感物理机理27单击此处编辑母版标题样式v3）水体辐射传输过程及构成水体辐射传输过程及构成总体而言：总体而言：v水的吸收：总体天然水对水的吸收：总体天然水对400-1100nm电磁电磁波的吸收明显比其他地物要强。波的吸收明显比其他地物要强。v在可见光在可见光600nm之前，水的吸收少，反射率之前，水的吸收少，反射率较低，大量透射。其中水面反射率约

30、占较低，大量透射。其中水面反射率约占5%，并随太阳高度角的变化呈并随太阳高度角的变化呈3-5%不等的变化；不等的变化；v对清水，在蓝绿波段反射率为对清水，在蓝绿波段反射率为4-5%v600nm以下的红光反射率骤降为以下的红光反射率骤降为2-3%，在，在近红外，短波红外几乎全部吸收。近红外，短波红外几乎全部吸收。2.2 水环境遥感物理机理水环境遥感物理机理28单击此处编辑母版标题样式v 3）水体辐射传输过程及构成水体辐射传输过程及构成总体而言：总体而言：v 水的散射：水体散射和反射主要表现在一定深度的水体水的散射：水体散射和反射主要表现在一定深度的水体中，称为中，称为“体散射体散射”。v 水体的

31、光谱特性主要表现为体散射而非表面反射。水体的光谱特性主要表现为体散射而非表面反射。v 水色主要取决于水体中的浮游生物含量（叶绿素水色主要取决于水体中的浮游生物含量（叶绿素a浓浓度）、悬浮固体（浑浊度大小）、营养盐及其他污染物、度）、悬浮固体（浑浊度大小）、营养盐及其他污染物、底部形态、水深等因素。底部形态、水深等因素。v 入射的透射光，对水分子和溶解性物质产生瑞利散射，入射的透射光，对水分子和溶解性物质产生瑞利散射，峰值位于蓝光波段；峰值位于蓝光波段；v 对较大悬浮物质产生米氏散射，峰值位于黄橙光；对较大悬浮物质产生米氏散射，峰值位于黄橙光；v 由于水中物质分子吸收光后在发射而引起拉曼发射，峰

32、由于水中物质分子吸收光后在发射而引起拉曼发射，峰值在橙红波段。值在橙红波段。2.2 水环境遥感物理机理水环境遥感物理机理29单击此处编辑母版标题样式v3）水体辐射传输过程及构成水体辐射传输过程及构成总体而言：总体而言：v水的衰减：水体吸收和后向散射造成水下光场水的衰减：水体吸收和后向散射造成水下光场的衰减。的衰减。v水面入射光谱中，仅有可见光水面入射光谱中，仅有可见光400-760nm能能够透射入水，其它波段入射光或被大气吸收或够透射入水，其它波段入射光或被大气吸收或被水体表层吸收；被水体表层吸收；v蓝光蓝光400-500nm波段对水体的穿透性最好，波段对水体的穿透性最好，对于清水可达几十米。

33、对于清水可达几十米。v故可以认为故可以认为0.47m0.55m是遥感探测是遥感探测清清洁水深洁水深的最佳波段。的最佳波段。2.2 水环境遥感物理机理水环境遥感物理机理30单击此处编辑母版标题样式v在水资源监测中，实测数据必不可少。但仅通在水资源监测中，实测数据必不可少。但仅通过水文观测点得到的有限实测数据不能满足区过水文观测点得到的有限实测数据不能满足区域水资源分布图的需求。域水资源分布图的需求。v且个别地区，实地测量根本无法进行。且个别地区，实地测量根本无法进行。v因此，遥感以其实时、高效、数据量大、观测因此，遥感以其实时、高效、数据量大、观测范围广的优点在水资源监测中发挥重要作用。范围广的

34、优点在水资源监测中发挥重要作用。v随着多传感器、多光谱遥感的发展和应用，结随着多传感器、多光谱遥感的发展和应用，结合地面实测数据，遥感在合地面实测数据，遥感在河流湖泊动态监测、河流湖泊动态监测、冰雪覆盖、地下水监测、水质监测、土壤水分冰雪覆盖、地下水监测、水质监测、土壤水分等水资源监测方面发挥巨大作用，成为研究水等水资源监测方面发挥巨大作用，成为研究水文循环、水资源有效监测和管理的重要手段。文循环、水资源有效监测和管理的重要手段。2.3 水资源遥感水资源遥感31单击此处编辑母版标题样式v水质遥感监测水质遥感监测 水位水位-面积和流域界定面积和流域界定 水深探测水深探测 水温探测水温探测 径流估

35、算径流估算v水域变化监测水域变化监测 河流水系变化河流水系变化 湖泊演变湖泊演变 河口三角洲演变河口三角洲演变 海岸带演变海岸带演变2.3 水资源遥感水资源遥感32单击此处编辑母版标题样式研究专题v1）水体信息的自动提取）水体信息的自动提取v2）水库库容的计算水库库容的计算v3）水库水深的反演）水库水深的反演33单击此处编辑母版标题样式v基于基于TM的水体信息自动监测的水体信息自动监测-综合分析综合分析 纵观近几十年利用遥感影像提取水体信息，前人纵观近几十年利用遥感影像提取水体信息，前人做了不少研究，其方法大致分为两类：单波段阈做了不少研究，其方法大致分为两类：单波段阈值法和多波段增强图阈值法

36、。值法和多波段增强图阈值法。单波段阈值法单波段阈值法就是利用水体在单个波段上就是利用水体在单个波段上特殊的特殊的(高于或低于其他地物高于或低于其他地物)光谱值，设光谱值，设定一阈值提取出水体信息，但是水体与陆定一阈值提取出水体信息，但是水体与陆地之间的过渡区域往往被忽略。地之间的过渡区域往往被忽略。1）水体信息的自动提取）水体信息的自动提取34单击此处编辑母版标题样式v基于基于TM的水体信息自动监测的水体信息自动监测-综合分析综合分析 纵观近几十年利用遥感影像提取水体信息，前人纵观近几十年利用遥感影像提取水体信息，前人做了不少研究，其方法大致分为两类：单波段阈做了不少研究，其方法大致分为两类：

37、单波段阈值法和多波段增强图阈值法。值法和多波段增强图阈值法。多波段增强图阈值法多波段增强图阈值法利用水体在不同波段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，从而易于从算来增强影像中的水体信息，从而易于从其他地物中分离提取出水体。然而这种方其他地物中分离提取出水体。然而这种方法也有一定的地域局限性，由于部分细小法也有一定的地域局限性，由于部分细小水体在影像中以混合像元的形态存在，所水体在影像中以混合像元的形态存在，所以阈值比较难取。阈值高了会丢失或漏提以阈值比较难取。阈值高了会丢失或漏提那些细小水体信息，阈值低了会误提不少

38、那些细小水体信息，阈值低了会误提不少其他的地物信息。其他的地物信息。1）水体信息的自动提取）水体信息的自动提取35单击此处编辑母版标题样式v杨莹（河海大学）典型内陆平原淡水湖泊 洪泽湖水体信息进行了提取实验，综合利用单波段TM5和多波段组合，得出了适合于TM 遥感影像获取大面积湖泊水体信息的有效方法。（a）单波段阈值法）单波段阈值法v因两类水体在TM5波段（中红外）的光谱值明显低于其他地物，利用这一波段，进行反复实验（1）基于）基于TM太湖水体信息提取太湖水体信息提取 ，确定其阈值为28，水体信息基本可准确提取出来。v问题：小而细的水系未提取出来，还误提了部分浅滩。36单击此处编辑母版标题样式

39、（b）多波增强段阈值法）多波增强段阈值法v归一化植被指数归一化植被指数NDVI=(TM4-TM3)/(TM4+TM3)v归一化水体指数归一化水体指数(抑制土壤和植被抑制土壤和植被)NDWI=(TM2-TM4)/(TM2+TM4)v改进后的归一化水体指数改进后的归一化水体指数MNDWI=(TM2-TM5)/(TM2+TM5)vNDWI3=(TM4-TM5)/(TM4+TM5)（1）基于）基于TM太湖水体信息提取太湖水体信息提取37单击此处编辑母版标题样式38单击此处编辑母版标题样式问题汇总v由各增强图可以看出，水体与其它地区的取值由各增强图可以看出，水体与其它地区的取值区别很明显，但区别很明显，

40、但水体与非水体之间的过渡区依水体与非水体之间的过渡区依然存在然存在。v因此，因此，用于区分水体和非水体的下限阈值的确用于区分水体和非水体的下限阈值的确定，是正确提取水体的要点定，是正确提取水体的要点。v在各指数的统计临界值处并不能很好的提取出在各指数的统计临界值处并不能很好的提取出理想的水体。理想的水体。若所定阈值能提取出所有水体，则必然有一若所定阈值能提取出所有水体，则必然有一些地物被误提；些地物被误提；若所定阈值提取的为纯水体，则会导致大部若所定阈值提取的为纯水体，则会导致大部分水体区域没法有效提取分水体区域没法有效提取39单击此处编辑母版标题样式40单击此处编辑母版标题样式处理问题v通过

41、反复比较研究非水体上（下）限与水体下通过反复比较研究非水体上（下）限与水体下（上）限，力争大多数（上）限，力争大多数（90%）的水体被提取）的水体被提取出来，但是难免丢失细小的水体同时，有少量出来，但是难免丢失细小的水体同时，有少量地物被误提。地物被误提。v最终确定最终确定 NDVI阈值取阈值取107 NDWI阈值取阈值取130 MNDWI阈值取阈值取110 NDWI3阈值取阈值取11241单击此处编辑母版标题样式42单击此处编辑母版标题样式研究发现vNDVI可用于植被区域和非植被区域的识别，可用于植被区域和非植被区域的识别，2月份研究区内主要是麦田、林地和湿地丛草。月份研究区内主要是麦田、林

42、地和湿地丛草。利用利用NDVI指数漏提的水体很少，只是在泥滩、指数漏提的水体很少，只是在泥滩、沼泽等混有稀疏植被的区域突出了植被而漏提沼泽等混有稀疏植被的区域突出了植被而漏提了部分水体。了部分水体。vNDWI指数有利于抑制植被信息，增强水体信指数有利于抑制植被信息，增强水体信息，但研究区覆盖了部分洪泽湖湿地自然保护息，但研究区覆盖了部分洪泽湖湿地自然保护区，其中的少量信息也被抑制掉了，影响了枯区，其中的少量信息也被抑制掉了，影响了枯水季节水体信息提取的准确性。水季节水体信息提取的准确性。43单击此处编辑母版标题样式研究发现vMNDWi指数法使得水体与建筑物的反差明显指数法使得水体与建筑物的反差

43、明显增大，大大降低了二者的混淆，从而有利于城增大，大大降低了二者的混淆，从而有利于城镇中水体信息的准确提取。本实验中此方法几镇中水体信息的准确提取。本实验中此方法几乎提取了所有的水体区域，但误提了部分植被乎提取了所有的水体区域，但误提了部分植被信息。信息。vNDWI3指数增强了自然水体与其它水体的区指数增强了自然水体与其它水体的区别，但是研究区内的水体与非水体的过渡区依别，但是研究区内的水体与非水体的过渡区依然不能很好区别。然不能很好区别。v(TM2+TM3)/(TM4+TM5)提取的水体范提取的水体范围相对比较全面，但是其中混杂有很多零碎的围相对比较全面，但是其中混杂有很多零碎的居民地图斑。

44、居民地图斑。44单击此处编辑母版标题样式解决方案v因研究区属于河流冲积平原区，地物类型不复因研究区属于河流冲积平原区，地物类型不复杂。村镇居民点比较分散，且没有山体阴影的杂。村镇居民点比较分散，且没有山体阴影的影响。影响。v综合考虑采用如下方法：综合考虑采用如下方法：先选用对该区水体信息提取较全面的先选用对该区水体信息提取较全面的(TM2+TM3)/(TM4+TM5)再利用再利用TM5波段阈值解决其中部分居民地误波段阈值解决其中部分居民地误提的问题提的问题45单击此处编辑母版标题样式结果对比46单击此处编辑母版标题样式结束语v无论单波段阈值法，还是多波段增强阈值无论单波段阈值法，还是多波段增强

45、阈值法进行水体信息的提取，都很难通过一个法进行水体信息的提取，都很难通过一个阈值确定水体与非水体过渡区的阈值。阈值确定水体与非水体过渡区的阈值。v采用多个指标相结合的综合提取法，对地采用多个指标相结合的综合提取法，对地物类型较简单的洪泽湖冲积平原区采用水物类型较简单的洪泽湖冲积平原区采用水体提取较全面的体提取较全面的TM2+TM3TM4+TM5的方法，然后的方法，然后利用利用TM5波段波段阈值法，降低了误提的其阈值法，降低了误提的其他地物信息比率，较好的提取出支流和细他地物信息比率，较好的提取出支流和细小水体信息，精度达到小水体信息，精度达到92.5%。47单击此处编辑母版标题样式v杨存建等人

46、发现Landsat TM 影像中水体具有TM2+TM3 TM4+TM5 的特征的基础上,分析了水体及其它几类主要地物的光谱特性在TM 影像中的表现特征。v 发现水体、居民地的阴影以及山体阴影都具有TM2+TM3 TM4+TM5 的特点,但是三者(TM2+TM3)/(TM4+TM5)的比值却存在着较大的差异,v故辅以适合的阈值水体(TM2+TM3)/(TM4+TM5)2.0)可将水体信息区别于其它所有的地物。（2）TM2+TM3 TM4+TM5 提取水体局限提取水体局限48单击此处编辑母版标题样式v将该方法分析了含不同水体类型的福州市TM 遥感影像进行了实验,研究发现用该方法可以将水体与全部居民

47、地的阴影和山体阴影区分开来,实验取得了良好的效果。v该方法可用于快速、简便和准确地提取城市和山区中的水体信息,同时克服了水体提取中难于消除阴影(居民地阴影与山体阴影)的难题。（2）TM2+TM3 TM4+TM5 提取水体局限提取水体局限49单击此处编辑母版标题样式2）水库库容的计算v建立水库水位-库容关系模型vTM遥感影像提取水库面积v寻找特定时期某一水库面积下的水位值v依据水位值建立水库面积-库容模型50单击此处编辑母版标题样式v依据统计关系建立多项式回归模型如下：依据统计关系建立多项式回归模型如下：（1）水库水位水库水位-库容关系模型构建库容关系模型构建v相关系数达到相关系数达到0.964

48、69，显著性相关，显著性相关51单击此处编辑母版标题样式（1）水库水位水库水位-库容关系模型构建库容关系模型构建52单击此处编辑母版标题样式v在遥感影像上提取特定时间的水库的面积，并在遥感影像上提取特定时间的水库的面积，并查询水文数据中同一时间的水库水位，再寻找查询水文数据中同一时间的水库水位，再寻找特定水位下的水库的库容，建立水库面积特定水位下的水库的库容，建立水库面积-库容库容表，并进行水库面积表，并进行水库面积-库容拟合。库容拟合。（2）水库面积水库面积-库容关系模型构建库容关系模型构建53单击此处编辑母版标题样式v相关系数相关系数R=0.963，达到显著性相关，达到显著性相关。（2）水

49、库面积水库面积-库容关系模型构建库容关系模型构建54单击此处编辑母版标题样式结束语结束语v这一方法构建的模型简洁实用，只要从遥感影像上获得水库的面积，就可很快得到水库的现存库容水量。v这种通过遥感信息的提取技术结合常规的水文监测数据，利用了遥感卫星数据，构建了基于遥感的水库库容测算模型，对水库水容量进行量测的方法是行之有效的。v结果证实该方法的数据测算精度高，拟合效果好，证明该方法应用区域水资源动态变化方向是科学合理的。对于区域水资源水量的调蓄、灌区的灌溉以及下游地区防洪意义很大。55单击此处编辑母版标题样式3）水深遥感估算v通过水深研究获取水库泥沙淤积分布、淤积体通过水深研究获取水库泥沙淤积

50、分布、淤积体形态、淤积体积对于库容变化研究、水库运行形态、淤积体积对于库容变化研究、水库运行调度及库区生态环境防治与治理都有很好的指调度及库区生态环境防治与治理都有很好的指导作用。导作用。v鉴于现场施测的困难性，考虑到结合遥感手段鉴于现场施测的困难性，考虑到结合遥感手段进行水深探测对于坝前及上部水深大于进行水深探测对于坝前及上部水深大于3O In的区域，根据水体的反射和吸收特征，目前通的区域，根据水体的反射和吸收特征，目前通过遥感影像很难获取准确实用的水深数据。过遥感影像很难获取准确实用的水深数据。v但是对于上游库区，水深相对较小、水体相对但是对于上游库区，水深相对较小、水体相对较清的水域，可