环境卫星CCD影像在太湖湖泛暗色水团监测中的应用

太湖地区2009年5月11日、2010年8月21日、2011年7月28日和2011年9月24日的环境卫星CCD影像显示，在太湖西部沿岸带、竺山湖等水域存在湖泛暗色水团现象。由于环境CCD缺少辅助反演气溶胶信息的2.1um波段，试验了基于空气自动监测子站获得的与环境卫星CCD成像时间接近的地面能见度测量数据进行FLAASH大气校正的方法，反演结果总体上符合水体光谱特征。提取了湖泛水体、对照水体阳区在CCD各波段的光谱反射率数据统计特征。结果表明，和对照水体相比，湖泛水体在环境卫星CCD的可见光—近红外波段具有较低的反射率，与人眼观察湖泛水色暗黑的感官一致，另一方面，湖泛水域由于仍有一定的藻类存在，在环境卫星CCD近红外（波段4 ）具有比可见光（波段3）略高的反射率，其规律与基于Landsat ETM的湖泛暗色水团遥感分析结果相一致。     

基于Sentinel-2与随机森林算法的太湖水生植被分布监测

基于2018—2021年太湖地区哨兵2号（Sentinel-2）卫星遥感影像和随机森林算法，结合植被敏感指数，开展太湖水生植被分布监测，综合分析了水生植被的时空变化特征，初步揭示了太湖水生植被的动态变化。结果表明，太湖水生植被分布面积有逐年上升的趋势，且年间变化具有明显的单峰型特征，表现为春季沉寂，夏季快速增长，秋季达到暴发期，冬季面积开始减退；太湖水生植被主要分布于东太湖、东部沿岸和贡湖，类型以沉水植被为主，其中浮叶植被主要分布于东太湖，挺水植被主要分布于东太湖沿岸的浅水区域；沉水植被主要分布于东部沿岸和贡湖；水生植被主要分布的东太湖水域，其水质总体优于太湖其他水域。     

Landsat5 TM遥感影像上太湖蓝藻水华反射光谱特征研究

利用ENVI遥感软件的FLAASH工具对2005年10月17日大规模蓝藻水华暴发的太湖Landsat5 TM影像进行大气校正处理,反演获得蓝藻水华和其他地物类型的遥感反射率图像,提取了不同集聚程度蓝藻水华的可见波段至近红外波段反射率数据,并与陆生植被、无蓝藻水面等地物的光谱反射率进行了比较。研究表明,与陆生植被、无蓝藻水面相比,蓝藻水华在TM2波段和TM4波段具有更高的反射率,在可见光波段整体反射率略高于陆生植被,在TM5、TM7波段则受水的影响反射率很低。从蓝藻水华、陆生植被的细胞生理结构、生长环境、复杂的遥感反射、散射及透射模型方面初步讨论了光谱差异的原因。     

治理后的太湖无锡区域底质中重金属污染现状及生态风险评价

以2005年以后太湖无锡区域底质为研究对象，分析了太湖底泥中重金属的含量分布及富集状况，采用地积累指数法和潜在生态危害指数法对重金属的生态危害进行评价。结果表明：太湖无锡区域底质受重金属轻度污染，含量高于全国水系沉积物平均值；地积累指数法显示太湖无锡区域底质中重金属污染排序为Cu=As〉Pb〉Zn〉Cr〉Cd〉Hg；金属对太湖无锡区域底质构成的潜在生态危害由强到弱为Hg〉Cu〉As〉Cd〉Pb〉Cr〉Zn；从区域上看，2种评价方法均表明底质中重金属危害程度为宜兴沿岸区〉梅梁湖〉五里湖〉贡湖无锡水域。     

太湖湖泛现象的卫星遥感监测

2010年8月20日太湖地区Landsat ETM影像显示,太湖西部沿岸带存在湖泛黑水团现象,对该景遥感影像进行了大气校正,提取了湖泛样区、其他水体样区的ETM各波段光谱反射率数据统计特征。结果表明,湖泛样区在可见光波长的ETM波段1、2、3具有很低的反射率,水色暗黑,与人眼观察一致,而在反射红外波长的ETM波段4则有比波段3高的反射率,差异植被指数DVI>0,其原因为湖泛黑水团中,虽然大量蓝藻死亡分解,然而水中还残留有一定数量的活体蓝藻,残余叶绿素及细胞造成了虽然较弱、但仍较为稳定的反射红外波长处的光谱反射能力。提出了识别湖泛现象的遥感判据为ρ0.485<0.05 andρ0.56<0.08 andρ0.66<0.065 and(ρ0.83-ρ0.66)>0 andρ0.83<0.1。     

基于实测光谱的海河悬浮物浓度反演研究

悬浮物浓度是评价水质优劣的重要指标之一。以天津滨海新区海河为研究区域,进行光谱数据测量和水体样本采集,并在实验室进行水质参数提取,得到归一化光谱反射率和光谱一阶微分数据。然后对光谱测量数据和悬浮物浓度实测值进行相关性分析,发现896 nm归一化光谱反射率和光谱反射率比值(R_(896)/R_(546))与悬浮物浓度相关性较好。最后,分别建立单波段、波段比值和一阶微分函数拟合模型,进行对比分析。结果表明,基于R_(896)/R_(546)的二次多项式模型拟合效果最好,方差齐性检验(F)值也是最高的,可用于该地区水体的悬浮物浓度反演和预测。     

基于欧洲航天局“哨兵-2A”卫星的太湖蓝藻遥感监测

欧洲航天局(ESA)2015年6月23日成功发射"哨兵-2A"卫星,该卫星搭载的多光谱成像仪(MSI)在可见光(VIS)至短波红外(SWIR)波长区间配置了多种光谱波段/地面分辨率组合,可以获取大范围、较短重访周期、较高空间分辨率(10 m)的遥感影像。以太湖2016年6月13日MSI数据为例,在完成大气校正的基础上,分析了太湖典型地物类型光谱特征,采用归一化植被指数(NDVI)结合叶绿素反射峰强度(ρchl)构建的综合阈值法对贡湖湾的蓝藻水华信息进行了提取实验。结果表明:"哨兵-2A"卫星MSI影像质量清晰,可精细地反映植被、蓝藻、水体等典型地物类型的光谱特征;ρchl指数对中-高蓝藻聚集区与水生植被、轻度蓝藻聚集区与混合水体具有较好的分离能力;利用综合阈值法提取贡湖湾中-高蓝藻聚集区面积为60.37 km2,主要分布在贡湖北部沿岸、湖心和南部沿岸。"藻-水"混悬体面积为79.49 km2,贡湖湾东部蓝藻水华相对较轻。     

空间分布频率分析法在太湖水华遥感监测中的应用

以2009—2012年MODIS遥感影像为主要数据源,提出了基于中长时间尺度多时相数据的空间分布频率指数(SDFI)与计算方法,通过分析比较4年太湖水华SDFI计算结果,并结合同期湖体浮标自动监测数据,发现太湖西部沿岸水华暴发频率和营养盐浓度最高,梅梁湖和竺山湖次之,应当作为下一阶段太湖水环境监控治理的重点区域。     

基于多星遥感影像的太湖北部湖湾春季沉水植被分布动态监测

利用多星遥感影像动态监测了2015年春季太湖北部湖湾沉水植被分布的变化过程,并对水生植被遥感监测中的几个关键问题展开了探讨。决策树方法获取的水生植被分布结果表明,2015年4月28日太湖北部湖湾发现明显沉水植被分布面积约11.2 km~2,与2014年同期相比,新出现的较大面积沉水植被分布区域主要集中在田鸡山西和锡东水厂附近。提出应及时清理打捞,避免水生植被死亡腐烂,威胁水质安全。     

基于卫星影像的太湖蓝藻水华遥感强度指数和等级划分算法设计

对太湖地区近10余年来共32景Landsat TM/ETM遥感影像进行大气校正处理,获得地表反射率影像,在这些影像上采集了分布在不同片区、不同发生季节、不同集聚程度的蓝藻水华样区,提取了不同蓝藻水华的可见一近红外波段反射率数据.统计表明蓝藻水华在TM 4波段的反射率有较宽的动态范围,能定量反映蓝藻集聚程度,TM 2也是...     

基于3S技术对太湖底质及水质总磷的研究

应用3S技术研究了太湖底质与水质总磷(TP)的分布情况,并结合水华频次分析了其相关性。结果表明:2016—2018年,太湖底质TP年均值在433~537 mg/kg波动,水质TP年均值从0.064 mg/L上升至0.087 mg/L。从空间分布来看,底质TP、水质TP和水华频次均呈现“西高东低”的规律,太湖西部区尤其是竺山湖区是需要开展治理的重点区域。3年间,太湖西部区水质TP上升,而底质TP与入湖河流TP下降,说明内源磷污染是太湖西部区水质TP升高的主要原因,须加强科学清淤。     

夏季太湖蓝藻水华暴发与臭氧污染的关联性

夏季受东南季风、湖流等因素影响,太湖蓝藻向西北部水域集聚,该区域平均藻密度可高达1×109个/L以上,其中蓝藻集中堆积的近湖岸区域藻类密度更高,蓝藻在不同生命阶段释放的藻源性VOCs的成分谱和产生量有较大差异,其中烯烃和有机胺反应活性较强。蓝藻水华高发期太湖西岸非甲烷总烃的浓度约为常州市区的3.3倍,日变化趋势符合蓝藻代谢规律。太湖西部蓝藻水华、湖西区的非甲烷总烃浓度和臭氧污染程度时空变化规律表明:太湖西部(宜兴)是整个流域臭氧污染最严重的区域,其臭氧污染的形成与太湖蓝藻水华暴发有关联性。     

1987—2016年太湖总氮浓度变化趋势分析

基于可获取的太湖国控监测点位总氮监测数据，分析了1987—2016年太湖总氮浓度变化趋势。结果表明，近30年来，太湖湖体总氮浓度年均值在1.74~3.88 mg/L之间，总体呈先上升、后下降的波动变化趋势，1996年浓度达历史峰值；其变化具体可分为上升期、波动期、下降期三个阶段，约以10年为一个阶段。分湖区分析，西部湖区、北部湖区2000—2016年总氮年均浓度与全湖总氮浓度呈明显的正相关，为影响湖体总氮浓度的主要湖区。总氮多年月均值浓度变化显示，2000—2016年湖体总氮多年月均值年内呈较明显的季节变化规律，月均最大值、最小值分别出现在3月和9月。空间变化分析表明，西部湖区的宜武片区及南部湖区的湖州长兴片区为湖体总氮的两个污染扩散核心。湖体总氮主要受15条主要入湖河流汇入影响，这些河流总氮年均浓度整体高于湖体，是太湖总氮治理的重点。     

太湖蓝藻水华预警监测与风速风向的关系研究

太湖蓝藻水华预警监测的启动问题基本解决，但监测响应日期和周期却一直难以确定。统计分析了太湖2007-2009年蓝藻预警监测、现场观测的历史资料，研究蓝藻水华在水体中的分布与风速风向之间的关联规律，从环境监测部门蓝藻预警监测工作的实际出发，划分出了蓝藻水华预警监测的响应级别，提出具体的监测要求，较好解决了预警监测的响应周期问题。为环太湖地区相关部门更好地开展蓝藻预警监测工作提供了科学依据。     

特殊风场条件对太湖蓝藻水华迁移的影响研究

在高温、微风气象条件下,适宜蓝藻水华形成。在特殊非均一风场的驱动下,太湖蓝藻水华迁移过程与被均匀风场驱动有所不同。选取太湖典型风向进行分析,并采用三维水动力水质模型对表面非均一风场条件下的风生流流场及水质进行模拟,结果表明,在特殊非均一风场的驱动下,当太湖蓝藻浓度较高时,容易在西部湖区特别在竺山湖、梅梁湾湾内、岸边及湾口聚集,形成水华暴发,这有助于研究太湖污染物及蓝藻水华的输移及空间分布和机理。     

典型湖泊水华特征及相关影响因素分析

通过2011-2015年对太湖、巢湖和滇池水华高发季节的连续监测，以藻类密度和水华面积为判据评价了3个湖体的水华情况及变化趋势，探讨了水华发生的主要影响因素。结果表明：太湖水华程度以"轻度水华"为主，巢湖水华程度以"轻微水华"为主，滇池水华程度以"中度水华"为主；太湖、巢湖和滇池水华规模均以"零星性水华"为主；太湖和巢湖藻类密度与水温、pH、溶解氧、总氮、总磷和高锰酸盐指数均呈显著正相关，与透明度呈显著负相关，与氨氮无显著相关性；滇池藻类密度与水温、总磷和高锰酸盐指数均呈显著正相关，与透明度和氨氮呈显著负相关，与pH、溶解氧和总氮无显著相关性。