近20年闽江福州段水域悬浮物时空变化的遥感分析

利用同步的遥感影像光谱信息和实测水质数据建立了闽江福州段的悬浮物遥感模型,结合多时相卫星遥感影像,分析了闽江福州段水域在1986～2006年间悬浮物的时空变化规律及其变化原因.研究结果表明.利用悬浮物定量遥感模型可以快速有效地揭示研究水域长期的水质变化规律.总体而言,闽江福州段的悬浮物浓度在这20年间稳中有降,悬浮物浓度不变和浓度下降的水域面积比例分别占到35.59%和45.79%.而高悬浮物浓度的水域面积所占比例则从8.52%下降至0.13%,整体水质趋于好转;但仍有局部水域的悬浮物浓度在此期间呈现上升的趋势,水质有所恶化,这主要是受到周边地区土地利用变化及污水直接排放的影响.     

基于OLCI数据的福建近海悬浮物浓度遥感反演

悬浮物（TSM）是评估水质的重要指标,也是水色遥感反演的核心参数之一.海陆色度仪（OLCI）是新一代海洋水色传感器,具有良好的光谱及时空分辨率.为有效监测福建近海悬浮物浓度的时空变化,本文结合OLCI遥感数据和现场实测悬浮物浓度数据,使用CatBoost、随机森林和多元回归方法,分别构建悬浮物浓度反演模型,最后使用验证集对比分析不同模型的反演精度.结果表明,CatBoost模型估算精度最高,均方根误差（RMSE）为2.76 mg·L^-1,平均绝对百分比误差（MAPE）为23.67%,决定系数R²为0.89.使用CatBoost模型对2017—2018年多时相OLCI影像进行TSM浓度遥感反演,结果发现,福建近海TSM浓度变化显著,但总体呈现近岸高于远岸、北部高于南部、江河入海口和港湾处高于周围其他海域、春季高于夏季的时空分布特征.本研究可为福建近海的悬浮物浓度监测提供一种有效的方法,也进一步证明了OLCI影像良好的水色反演能力,可作为水质监测的有效遥感数据源.     

基于Sentinel-3 OLCI影像的秦皇岛海域悬浮物浓度遥感反演

基于2013~2021年期间秦皇岛海域遥感反射率、悬浮物浓度及叶绿素a浓度等实测数据,开展了该海域Sentinel-3 OLCI影像的悬浮物浓度遥感反演模型研究.结果表明,文献中常用的典型经验模型形式均不适用于秦皇岛海域,以490、620及708.75nm为悬浮物反演的敏感波段,以560nm为参比波段,将各敏感波段与参比波段的比值作为自变量,最终建立了适用于秦皇岛海域的Sentinel-3 OLCI四波段悬浮物浓度遥感反演模型（R²=0.69,MAPE=24.79%,RMSE=2.82mg/L）;并采用2021年7月24日Sentinel-3 OLCI影像进行悬浮物浓度遥感反演产品的真实性检验,得到反演值与实测值的平均相对误差为13.24%.将上述四波段模型用于2021年1~12月秦皇岛海域的Sentinel-3 OLCI影像,反演得到月均悬浮物浓度,发现秦皇岛海域悬浮物浓度整体呈现沿岸海域高、离岸海域低,秋冬季高、春夏季低的时空变化特征;且2018~2021年秦皇岛海域悬浮物浓度的年均值逐年递减,水体越来越澄清.     

基于实测光谱的杭州湾悬浮物浓度遥感反演模式

悬浮物是我国近海水质遥感监测的主要参数之一.利用ASD地物光谱仪测量杭州湾水体的反射光谱,同步采集表层水样获取悬浮物浓度,模拟水色卫星MODIS和MERIS的波段设置提取遥感反射率,基于人工神经网络分别建立2种悬浮物浓度的遥感反演模式.实测结果表明,杭州湾水体中悬浮物浓度较高,泥沙含量远远大于叶绿素浓度,平均值分别为705 mg/L和1.164 mg/m³;2个监测站位的悬浮物浓度表现出时空上的差异,尤其是随潮汐变化的短周期变异十分显著;实测水体反射率光谱曲线在650～700 nm之间与800 nm附近分别出现峰值,光谱曲线一阶微分结果显示第一反射峰的位置随着悬浮物浓度增大向长波方向移动.基于神经网络建立的模拟算法充分利用了卫星不同通道的光谱信息,可以同时模拟水体中色素与非色素悬浮物的浓度,模型取得了较好的拟合效果,R²均大于0.95,可以应用于实际卫星遥感反演,尤其是MERIS数据,因其具有相对较高的空间分辨率,在近海水环境遥感监测中的应用前景更为广阔.     

用TM影像进行湖泊水色反演研究的人工神经网络模型

利用人工神经网络技术进行了湖泊水色遥感的反演研究,在同步实验的基础上了构造了包含一个隐含层的BP神经网络模型,利用TM卫星影像反演悬浮物、COD_Mn、溶解氧、总磷、总氮和叶绿素浓度反演精度较高,相对误差基本在25%以下,同时分析了该人工神经网络反演模型的误差来源,改进措施以及应用前景.研究表明,在进行小规模的同步监测的基础上,此模型可用于湖泊水质调查、分析和评价.     

基于高分影像的城市水体遥感综合分级方法

城市水体是城市生态系统中的重要组成部分,为此,针对城市水体提出了一种基于国产高分影像的水环境遥感综合评价方法.在2017~2019年间的南京、无锡、常州和扬州市等城市多次水体采样工作的基础上,分析了城市水体光谱特征与水质参数的相应关系.基于国际标准的色度转换模型和FUI（forel-ule index）水色指数,构建了基于高分二号（GF-2）影像的适用于城市水体的U-FUI（urban forel-ule index）水色指数,实现了城市水体的遥感分级,独立的验证数据表明分级模型的识别正确率可达72%.结果表明,根据U-FUI水色指数可以将城市水体有效地分为U-FUI Ⅰ~U-FUI Ⅵ共6级水体,依次分别代表水色呈蓝色、浅绿色、深绿色、黄色、黄棕色以及灰黑色的水体.其中,U-FUI的Ⅰ级水体水质较好而在城市水体中少有分布,U-FUI的Ⅱ和Ⅲ级水体具有较高的叶绿素a浓度,U-FUI的Ⅳ和Ⅴ级水体的总悬浮物浓度和无机悬浮物浓度相对较高,U-FUI的Ⅵ级水体水质较差且水质参数与各级水体均有较大差异.同时,将该方法成功地应用于2018年4月9日南京市GF-2影像,结果显示南京市水体以U-FUI Ⅱ~U-FUI Ⅳ级水体为主,U-FUI的Ⅰ级、Ⅴ级和Ⅵ级水体在城市中的分布相对较少,空间分布特征与同期原位采样结果一致.     

基于Sentinel-2 MSI影像的秦皇岛海域叶绿素a浓度遥感反演

基于2013-2018年秦皇岛海域实测遥感反射率和叶绿素a浓度数据,建立了该海域Sentinel-2MSI影像的叶绿素a浓度遥感反演模型。结果表明：443 nm、490 nm和560 nm处的等效遥感反射率比值与叶绿素a浓度相关系数普遍高于其他波段或组合,通过经典的OC3Mv6算法拟合分析,得到秦皇岛海域叶绿素a浓度遥感反演的最佳算法,R²=0.804,MAPE=40.2%,RMSE=4.73 mg/m³;利用2016年7月6日的实测叶绿素a浓度数据对Sentinel-2 MSI遥感反演结果进行了真实性检验,MAPE=35.9%,可以满足应用要求;采用2020年2月、5月、7月及10月Sentinel-2 MSI影像进行叶绿素a浓度反演,发现春、夏季秦皇岛海域叶绿素a浓度梯度变化显著,而秋、冬季叶绿素a浓度分布相对均匀,且春、夏季沿海海域叶绿素a浓度明显高于秋、冬季。     

基于HJ-1A卫星超光谱数据的太湖叶绿素a浓度及悬浮物浓度反演

通过对2010年5月2日太湖HJ-1A卫星超光谱影像的几何纠正和6S模型辐射校正,以及水体实测光谱数据和影像光谱数据分析,将太湖28个水体采样点光谱数据分别进行归一化处理和一阶微分处理后,选取和水质参数相关系数最大的波段或波段组合建立反演模型,获得太湖叶绿素a浓度以及悬浮物浓度的空间分布图.研究表明,超光谱影像B73波...     

基于GF-1 WFV影像和随机森林算法的总氮反演研究

基于高分一号卫星影像遥感数据和水库水质实测数据,利用随机森林回归算法建立遥感反射率与总氮浓度的定量反演模型,以获取东风水库总氮浓度的时空分布情况,进而对水库总氮污染情况进行分析.结果 表明,总氮反演模型精度较高,决定系数R2为0.879,均方根误差为0.169 mg/L,但仍有提升空间.将模型运用于2016-2018年GF-1 WFV影像遥感数据,反演得到东风水库总氮浓度时空分布情况.结果 表明,2016年水库总氮浓度呈波动性变化,2017-2018年除个别月份外,水库总氮浓度整体呈下降趋势.从水质标准来看,水库总氮浓度介于Ⅲ～Ⅴ类水质标准,且存在富营养化风险.从不同季节变化情况来看,春冬季总氮浓度较高,夏秋季浓度较低.从空间差异性来看,区域变化规律性不太明显.     

基于HJ-1卫星的丹江口库区水质遥感监测研究

丹江口水库作为南水北调中线工程的水源地,其水质安全将直接影响到调水工程的成败。利用不同水质具有不同光谱特征的特点,采用遥感技术对水域水质进行大范围、准确、快速监测。根据丹江口库区2011年3月、7月、2013年3月、9月4景HJ1A/B卫星遥感影像,结合同步的地面实测水质数据,采用经验反演模型对丹江口水库叶绿素a浓度、水体悬浮物浓度和水体透明度进行了定量遥感反演研究。结果显示,由于2011年受到长江中下游区域重大旱情影响,汉江入库流量较小,造成丹江口水域面积减少;同年相比,水体叶绿素a浓度枯水期比丰水期高;2013年相比2011年水体叶绿素a浓度略有上升;丹库、汉库入库口的水体悬浮物浓度要高于其他区域,主要由于入库口的水流量较大,水体扰动较强。入库口区域较高的悬浮物浓度造成水体透明度要低于其他区域,丹库水域面积大,有利于悬浮物沉积,因此丹库水体透明度高于汉库。     

基于正定矩阵因子模型的大亚湾海域污染特征解析研究

深刻剖析近岸海域污染物的时空分布特征,精确识别各污染物来源,对改善海洋水环境质量和提升水环境功能具有重要意义。本研究以大亚湾海域为研究对象,结合超标倍数赋权法和空间集成分析技术,对海域表、底层水质进行综合评价;利用正定矩阵因子模型（PMF）识别区域污染源,解析各污染源对污染物的贡献率。结果表明:大亚湾表层水体以轻微污染为主,东南部存在轻度污染,西北部澳头海域存在中度污染,底层水体以轻度污染为主,西北部澳头海域存在重度污染;大亚湾表层水体主要污染源为生活污水（15%）、入海河流（15.5%）以及悬浮颗粒物（44.3%）,底层水体主要污染源为悬浮颗粒物（40.6%）以及石化废水（37%）。本研究提出的基于空间集成分析和正定矩阵因子模型的海域污染特征解析框架能够准确地对海湾进行水质综合评价和污染源解析,可为大亚湾水环境保护和科学管理提供依据和参考。     

福建近岸海域悬浮泥沙浓度遥感定量监测研究

论文在分析MODIS数据对海洋水体反射光谱特征的基础上,选用合适的探测波段构成悬浮泥沙遥感参数,并根据2003~2004年福建近岸海域海洋监控区内9个站点的海洋水色数据建立悬浮泥沙浓度遥感定量反演模式。利用已建立的模式对2001~2005年福建近岸海域悬浮泥沙浓度进行遥感反演,根据反演结果分析该海域悬浮泥沙浓度的分布及其变化特征,着重分析闽江口海域的悬浮泥沙运动特点。结果表明:福建近岸海域悬浮泥沙浓度与基于MODIS蓝光(0.438~0.448μm)和绿光(0.545~0.565μm)探测波段数据构成的遥感参数呈指数函数关系,定量反演效果比较理想,反演结果能客观地揭示福建近岸海域悬浮泥沙的浓度分布及其变化特征,为今后对该海域悬浮泥沙运动规律的深化研究奠定了基础。     

香港近岸海域悬浮固体浓度空间变异特征的地统计分析

以香港近岸海域为研究区,基于2009~2012年HJ-1A/B CCD数据和实测数据,建立悬浮固体浓度遥感反演模型,运用地统计学方法对模型反演结果进行分析,探索研究区内悬浮固体浓度空间分布及其变异特征.结果表明:香港近岸海域北部深圳湾附近常年处于悬浮固体浓度的高值区,东北部珠江入海口海域悬浮固体浓度受季节影响明显,大屿山以南的南部海域的浓度值常年处于较低水平,并具有明显的季节特征.2009~2012年的地统计数据表明,香港近岸海域悬浮固体浓度值总体处于较低水平,月均值为12.25mg/L,由北向南递减趋势明显.全年大部分时间空间变异特征明显,空间自相关性较强,其中3月份的块金值/基台值最小,仅约为0.0005.     

综合水质标识指数法在海拉尔河水质评价中的应用研究

水质评价是水环境治理的重要基础性工作.水质综合标识指数法涵盖了综合水质类别、定量污染程度、水环境功能区达标等信息,是将定性与定量评价相结合,能够对综合水质做出合理的解释,不会因个别指标导致过分评价.研究将海拉尔河划分为3个控制单元,根据2003年-2012年水质监测数据,采用综合水质标识指数法识别各控制单元主要污染因子,并分析海拉尔河水质时空变化规律.研究结果表明海拉尔河从上游至下游综合水质标识指数逐渐升高,上游水质较好,中游和下游主要污染指标为高锰酸盐指数和COD.2003年-2012年,海拉尔河高锰酸钾指数、BOD5、氨氮和总磷的污染减轻,化学需氧量污染略微减轻但仍存在超标风险.     

曹妃甸近海营养盐和叶绿素a的时空分布及其影响因素研究

本文通过2014年5月、2013年8月在曹妃甸周边海域分别实施春季、夏季航次,分析了营养盐和叶绿素a（Chl a）的时空分布特征、影响因素及其与温度、盐度、化学耗氧量（COD）、悬浮颗粒物（SPM）的关系,评估了水体营养状态和营养盐限制状况,并且结合历史资料探讨了围填海前后营养状况的变化情况。结果表明:调查海域无机氮（DIN）、磷酸盐（DIP）和硅酸盐（DSi）受到河流输入和沉积物释放作用的显著影响,其高值区主要出现在曹妃甸两侧的近岸海域;营养状态质量指数（NQI）在1.07~2.23之间,处于贫营养或中营养状态;营养盐限制状况具有季节差异,春季主要为Si限制,夏季主要为P限制;Chl a在春季的高值区主要分布在东侧远岸海域和东北侧内湾海域,与盐度、P和Si密切相关,其夏季高值区出现在甸头和内湾附近海域,与P和Si关系紧密。结合历史资料的比较表明春季DIN、NQI和Chl a在西侧海域有所降低,在东侧海域有所升高,这是由于围填海后潮流变化的空间差异造成了营养盐的重新分布,而夏季各断面多为DIN和NQI降低而Chl a升高,表明营养盐被浮游植物充分利用,需要结合浮游植物群落进一步分析围填海的影响。     

武汉市城区降雨径流污染负荷对受纳水体的贡献

通过连续3年对武汉市汉阳城区降雨径流污染的监测研究,考察了降雨径流污染对受纳水体的贡献.结果表明,城市降雨径流向受纳水体输入的污染负荷占有很大的比例,是引起城市水环境质量恶化的主要原因之一.在城市集水区尺度上,3个没有实施截污工程的雨、污合流制集水区降雨径流输出的TSS、COD、TN和TP分别占集水区总污染负荷的59.4%、26.3%、11.2%和10.1%.采取截流措施,控制初期径流污染是合流制城区降雨径流污染控制的关键.     

渤海湾岸线变化(2003—2011年)对近岸海域水质的影响

为研究渤海湾岸线对近岸海域水质的影响,本研究首先阐述了2003、2010和2011年的渤海湾海岸线变迁情况,采用数值模拟的方法研究了由岸线变迁引起的渤海湾水动力条件的变化情况,之后应用综合污染指数法筛选出渤海湾近岸海域的2003、2010、2011年的主要污染指标,并探讨了因岸线变化引起的渤海湾近岸海域主要污染指标污染范围的变化情况.结果表明,与2003年相比,2010年渤海湾的各个港口都有了很大程度的扩张,部分滩涂地区变成陆地;渤海湾余流场的主要变化是天津港北部存在的逆时针余流消失,天津港南部至黄骅港北部间的逆时针沿岸余流有所减小;渤海湾2003、2010和2011的水质的主要污染指标为营养盐类、重金属类的Zn和Pb;渤海湾近岸海域主要污染指标的污染范围有所扩大,污染物高值区有向渤海湾东北海域扩展的趋势.     

土地利用类型与水分亏缺的风险程度关系——以北方农牧交错带黄土高原区为例

在北方农牧交错带植被重建中适宜乔、灌、草种生态区划的基础上,以该区域黄土高原区作为研究区,结合该区1989和1999两年的土地利用分类图,通过计算区域缺水指数及对其分级,探讨了缺水指数在时间和空间上的变化规律,分析了耕地、林地、草地等该区主要土地利用类型在时间和空间上与缺水指数的关系。在此基础上,构建水分亏缺风险指数(RiskIndexofWaterDeficit),从研究区整体和各生态分区两个尺度上探讨了不同土地利用类型的RIWD时空分异。得出如下结论:①1989～2000年,研究区缺水指数均在中度以上,其变化幅度有逐年减少的趋势;②对比1989年和1999年两年的缺水指数,区域整体缺水状况有所缓解,但各生态分区内的缓解程度在空间上仍存在差异;③从研究区整体而言,各土地利用类型的水分亏缺风险指数逐渐减少,依次为林地、耕地、草地;④因各生态分区内的地理特征包括水分状况存在变化,故各土地利用类型的水分亏缺风险程度排列顺序与区域整体有所不同。     

海水中二甲基硫含量与海洋环境因子间关系的研究

以青岛尚岸海水为典型水域,设８个采样点于１９９６－０３、１９９６－０５和１９９６－１０进行了３次ＤＭＳ与海洋环境因子的监测,研究青岛尚岸海水海洋因子的特点及海水中ＤＭＳ浓度与浮游物种和海洋环境因子的关系,结果表明,海洋浮游植物生成ＤＭＳ的生物机理较为复杂,青岛沿岸海水中ＤＭＳ含量与叶绿素α２及海洋环境因子无明确的相关关系,浮游植物和海洋环境因子复杂的时空变化为研究海洋排放ＤＭＳ带来了很大的不确定性