淀山湖叶绿素a的高光谱遥感监测研究

为实现淀山湖水体叶绿素a的快速监测, 于2006年春季对淀山湖进行了现场光谱测量和同步的采样、实验室分析,通过分析叶绿素a和光谱数据之间的关系,建立了多个基于高光谱数据的叶绿素a浓度的估算模型。结果表明：利用归一化反射率建立的模型中精度最高的是采用708 nm反射率的一元二次模型,R2为0.608;利用R710nm/R667nm反射比建立模型精度得到提高,R2接近0.68;利用695.5 nm一阶微分建立的指数模型精度进一步提高,其R2达到了0.76;分别利用708 nm和667 nm的归一化反射率对数作自变量进行多元回归得到的模型精度最高,R2接近0.8,可以用来实现对叶绿素a的定量估算,实现叶绿素a的快速监测。     

基于MODIS的鄱阳湖湿地植被变化及其对水位的响应研究

针对鄱阳湖水情变化如何影响湖区湿地植被生长过程的问题,在鄱阳湖国家级自然保护区内的蚌湖-吴城生态断面上,选取3个梯度分布MODIS像元样点,基于2001~2010年MODIS 增强型植被指数（EVI）时间序列,分析了近10 a来退水期植被生长动态变化过程;结合星子站水位资料,探讨了鄱阳湖退水期水位变化对湿地植被生长的影响。结果表明：各样点EVI年内均值表现为先上升后下降的单峰特征,多年平均值在10月份最大,高程越高的样点其EVI达到年最大值的时间越早;不同水位持续长短及其起讫时期影响植被的生长变化,EVI均值与生长期的拟合优度（075）高于最大值与生长期的拟合优度（049）;样点每提前出露10 d,EVI均值约升高002,[JP3]二者相关性R2达到055。研究结果对湖区植被资源管理以及湖泊水位调控效应研究等具有积极的参考意义     

运用MODIS数据反演洪湖叶绿素a含量业务可行性分析

洪湖是湖北省最大的湖泊，具有调蓄、灌溉、供水、渔业、物种保护、航运、旅游等多种功能，是长江中下游典型的大型浅水型湖泊。传统的设点监测费力、费时，随着遥感技术和手段的进步，遥感反演洪湖叶绿素a浓度成为技术上可能。利用2005年至2010年6年监测数据与同期MODIS数据进行统计分析，研究业务上进行洪湖叶绿素a含量反演的可能性，结果表明：当叶绿素a含量比较高时，它成为影响湖中NDVI指数的主要因素，当浓度较低时，它与NDVI指数相关性差，表明它不是主要要素；通过分析不同时段两者统计关系结果为：12～2月因藻类浓度比较小，叶绿素a浓度低，加上其它要素干扰湖中NDVI指数，监测数据与同期MODIS数据中NDVI指数相关性比较低（也是极显著相关），其它时间都有较好的相关性（相关系数都高于085），研究表明：运用MODIS数据中的NDVI指数能准确监测洪湖叶绿素a含量。并提出相应的业务处理流程与方法     

基于多源卫星数据的三峡库区水体悬浮物浓度遥感监测

悬浮物浓度是评价水体水质及区域生态环境的重要参数之一。利用2020年5月长江三峡库区与长寿湖水体实测悬浮泥沙浓度及同步光谱数据，对照Landsat-8、Sentinel-2、GF-1三类卫星遥感影像数据，分析了不同卫星仿真波段与不同波段组合下离水光谱反射率与水体悬浮物浓度相关关系，筛选得到长江三峡水体悬浮物敏感波段，并尝试率定其有效参数区间。采用线性、指数、多项式等多种数理统计回归方法，分别建立三类卫星对应的反演模型，对比不同卫星可用于三峡库区悬浮泥沙浓度遥感反演监测的最优模型，选出一个最佳模型用于长江三峡库区的水体悬浮泥沙浓度遥感监测。结果表明：(1)三类卫星数据中近红外/绿光的波段组合与悬浮泥沙浓度均具有最显著的相关性，其中Landsat-8的相关系数为0.771 3 (P<0.001),Sentnel-2为0.773 4(P<0.001),GF-1为0.730 0(P<0.001);(2)三类卫星的最佳回归模型均为线性模型，模型R²均超过0.60以上，方程F检验均通过99%置信区间，说明常用的三类卫星均可以有效应用于三峡水体悬浮物的监测。但...     

鄱阳湖区氮磷污染物分布、转移和削减特征

根据入湖污染负荷监测、调查资料和不同水文条件下流场-水质同步监测资料,应用数理统计方法,研究了鄱阳湖氮磷营养物质分布、转移和削减特征。研究结果显示:(1)总磷、总氮是影响鄱阳湖水环境质量的主要污染物,入湖污染负荷与入湖径流水量紧密正相关。(2)鄱阳湖换水周期短,水流更换频繁,氮磷污染物在湖区不会充分混合;氮磷超标水域随着水体流动,逐步向下游转移、扩散;湖水位处于消落状态,通江水道部分水域氮磷浓度超标。(3)湖相状态水环境比河相好,湖相状态一般不会出现大面积的总氮和总磷同时超标。(4)鄱阳湖水环境勉强维持Ⅲ类标准,如果出现损害环境的人类活动,脆弱的水环境将会恶化。针对这些特征提出了保护鄱阳湖"一湖清水"的对策建议。     

基于实测数据与遥感影像的鄱阳湖水体光学分类

鄱阳湖是我国最大的淡水湖泊,受季风气候影响其水体空间动态变化大,且广阔的水域内部差异也较大,因此湖泊水体光学分类对反演湖泊水质参数及监测湖泊水质有着重要意义。以鄱阳湖为研究区,根据实测的反射光谱数据形态特征将鄱阳湖的水体分为4类:特别浑浊、中等浑浊、轻度浑浊和清水区,并分别对每一类结果进行分析。考虑到实测光谱数据局限于湖区某些离散点的情况,不足以观测整个鄱阳湖区域内所有不同水体类型的空间分布和动态变化,从而将该方法利用于遥感影像以便观测整个湖区水体类型。在Landsat OLI遥感影像上任意选取采样点,根据其波谱形态建立基于斜率的分类算法,并应用决策树模型把鄱阳湖水体分为5类:特别浑浊、中等浑浊、轻度浑浊、清水区和特别清澈,影像的分类结果图与实地考察的情况相一致。把模型应用于其他时期的遥感影像进行鄱阳湖水体分类,对比影像的分类结果图表明:2002、2005和2009年鄱阳湖区分别出现3种、4种和4种不同的水体类型,且水体浑浊范围呈现出动态变化。研究表明水体光学类型分类可以更好的监测湖泊水质的时空变异性。     

基于神经网络模型的千岛湖清洁水体叶绿素a遥感反演研究

叶绿素a浓度值是水体水质评价的重要指标,研究基于高分一号(GF-1)卫星遥感影像,利用神经网络模型,选用6节点的隐含层设置,构建了千岛湖清洁水体叶绿素a浓度反演模型,对其叶绿素a浓度值时空特征进行分析,并与其他常规反演方法精确度进行比较.研究结果表明,利用神经网络模型对千岛湖清洁水体叶绿素a浓度值进行反演是可行的,且与其他常规方法相比,该模型对于叶绿素a含量低的内陆清洁水体反演有着更高的相关性(R2 = 0.921 8);在空间分布上,千岛湖区域水体叶绿素a浓度整体较低,高叶绿素a浓度区域主要集中易受人类活动干扰的西南及东北区域;年际变化分析表明,千岛湖区域水体叶绿素a浓度稳定,且波动较小,平均叶绿素a浓度值皆维持在1.70～1.75 pg/L之间,清洁水体特征显著.     

基于环境一号卫星高光谱数据的太湖富营养化遥感评价模型

采用环境一号卫星高光谱数据直接监测太湖富营养化状态的方法较多光谱影像监测有着更高的精度优势，对内陆水环境监测具有一定的意义。利用2009年4月地面实测高光谱数据模拟环境一号卫星星上数据，结合确定的太湖富营养化状态遥感评价的水质因子，构建富营养化状态评价模型，并采用实测数据和环境一号卫星高光谱影像数据对模型的精度和适用性进行验证。研究结果表明：（1）选用叶绿素a作为富营养化遥感监测的水质因子监测太湖富营养化状态与综合营养指数法相比，平均相对误差为597%；（2）采用模拟的环境一号卫星高光谱影像数据结合三波段模型与采用地面实测数据评价结果之间的相关系数r=0855，平均相对误差为919%；（3）结合环境一号卫星高光谱影像对2010年5月2日太湖进行富营养化监测评价，结果显示太湖水体整体成中营养状态，存在1129%的监测水域出现轻度富营养化状态     

基于GF-1号遥感影像的武汉市及周边湖泊综合营养状态指数反演

湖泊水体富营养化的监测评价是湖泊水资源管理和水环境保护的基础性工作。基于GF-1号WFV遥感影像和综合营养状态指数法,通过82个站点实测数据建立多元线性回归和RBF神经网络模型,对武汉市及其周边地区主要湖泊综合营养状态指数进行了反演。反演的结果显示,武汉市及周边大部分湖泊水域处于轻度富营养和中营养状态,局部湖区为中度富营养状态。验证结果表明:GF-1号WFV多光谱数据用于监测大面积湖群水质变化是可行的;两种模型都可以建立实测数据与遥感信息的函数关系,根据函数可以反演湖泊水质综合营养状态指数,进而实现大面积湖泊水质动态监测;而RBF神经网络模型预测的R2为0.742 3,均方根误差为3.72,其反演精度更高,更适合于监测内陆湖泊水质变化。     

鄱阳湖主湖区与碟形湖水位变化及其对水质的影响

水位作为鄱阳湖重要的水文因子,对鄱阳湖水动力过程和水质变化具有重要影响。根据2014~2015年鄱阳湖主湖区和碟形湖水位、水质监测数据,分析了主湖区和碟形湖水位及主要水质指标的年内变化特征,阐述了主湖区和碟形湖水质对水位的响应特征。结果表明:(1)丰水期碟形湖与主湖区联通,碟形湖水位与主湖区水位呈直线型相关,枯水期碟形湖水位高于主湖区,主湖区年内月平均水位变异系数为0.13,而碟形湖年内月平均水位变异系数为0.08;(2)丰水期,主湖区和碟形湖的氮磷比分别为19.29和46.27,枯水期主湖区和碟形湖水体的氮磷比分别为17.88和40.39;(3)鄱阳湖主湖区水质主要指标与水位的相关性显著强于碟形湖,主湖区总氮、氨氮、总磷和溶解氧均与水位呈负相关性,而碟形湖中只有p H与水位有相关性;(4)枯水季节,碟形湖水体具有较高的总氮,而鄱阳湖主湖区则具有较高的总磷和氨氮。总之,枯水期进行合理的水位调控能够有效降低富营养化风险。     

内陆水体有色溶解有机物的变化特征

有色溶解有机物(CDOM)是水体中的光学活性物质,其光化学变化对水体中碳循环过程具有重要作用。评价分析不同纬度、不同营养状况下内陆水体的CDOM吸收特性,对建立不同水体的固有光学特性数据库具有重要意义。基于太湖、石头口门水库、巢湖和鄱阳湖的现场CDOM吸收系数,分析aCDOM(412)时空变化特征,并基于不同波段拟合光谱斜率S,利用SA/aCDOM(412)判断了研究区CDOM的不同来源。结果表明,不同纬度、不同营养状况的CDOM吸光特性差异显著,高纬度水体的CDOM含量高于低纬度水体,而浮游植物大量生长的富营养化水体的CDOM吸收大于贫瘠营养水平的水体。受藻类的影响,巢湖部分样点的CDOM吸收光谱特征发生改变,在320nm和600nm处有明显的吸收峰;aCDOM(412)与SA呈较好的负相关关系;并且SA/aCDOM(412)可有效判断研究区CDOM的不同来源。     

基于遥感的2000~2009年鄱阳湖流域蒸散特征及影响因子研究

蒸散是水循环过程重要的分量,分析鄱阳湖流域蒸散的时空格局及影响因子作用对流域水资源合理利用和提升流域生态服务功能具有重要意义。以MODIS产品数据为主要数据源,应用地面温度 植被指数三角关系法反演了鄱阳湖流域2000~2009年的实际蒸散量,分析了流域蒸散的时空分布特征及主要气象因子对流域蒸散的影响。结果表明：（1）鄱阳湖流域蒸散具有很强的空间异质性,蒸散较大的区域位于湖区水域和流域森林分布区域,而湖区周围和流域中部的农田和草地蒸散相对较小。2000~2009年流域年均蒸散量为795 mm。2003、2004、2007和2009年的枯水年份,蒸散值较高,变化范围为802~890 mm;（2） 鄱阳湖流域各子流域年蒸散量为666~1 031 mm,其中饶河和修水流域蒸散量高于其他流域,这是由于这两个子流域林地所占比例较高（大于70%）。流域蒸散占降水的比例为04~07,从年尺度上整个流域仍表现为水分盈余,但年内分配不均;（3） 流域蒸散与辐射和气温呈显著正相关关系（P＜001）,而蒸散年内分布格局则与降水格局有关,表现为月降水距平越小,月蒸散量越大。在枯水年份,降水格局对蒸散的影响尤为显著     

鄱阳湖蝶形湖泊水体氮磷等的变化及污染初步评价

分别于2014年夏季7月和冬季12月对鄱阳湖蝶形水域的9个湖泊进行了采样,并对湖泊水质基础性指标TN、TP、NH_3-N、NO_3~--N、NO_2~--N、溶解性磷酸盐、TOC、COD_(Mn)和叶绿素a进行了测定与分析。据此同时运用单因素评价法、均值型指数综合评价法和营养状态指数法对鄱阳湖蝶形水域的地表水水环境的污染现状和污染程度进行了评价,以更全面和准确地反映鄱阳湖蝶形水域的水质状况。结果显示:(1)鄱阳湖蝶形水域水质总体符合GB3838-2002III类水标准;(2)7月水质总体优于12月水质。12月总氮含量和总磷含量基本都高于7月,叶绿素a含量除中湖池12月值略低于7月外,其它点位12月值均高于7月。7月总氮值为0.6~1.3 mg/L,总磷值为0.02~0.15 mg/L,叶绿素a为2.2~6.7 mg/L;12月总氮值为0.6~2.0 mg/L,总磷值为0.04~0.19 mg/L,叶绿素a为3.8~34.7 mg/L;(3)7月和12月水质营养状态介于中营养和轻度富营养,水体主要污染物质为总氮和总磷。7月蚌湖营养状态为轻度富营养,其它点位为中营养,12月除常湖、梅溪湖和大汊湖营养状态为中营养,其它点位均为轻度富营养;(4)位于南部的象湖、常湖、白沙湖和大汊湖水质整体较其它蝶形湖泊差,主要是受到工业废水、生活污水和农业面源污染的赣江和饶河的污染输入影响所致。基于以上调查测试结果提出保护和改善鄱阳湖水环境的可行性措施,以促进鄱阳湖蝶形水域水资源的开发利用,实现经济与环境及资源的协调可持续发展。     

Generality of relationships between leaf pigment contents and spectral vegetation indices in Mallorca (Spain)

Vegetation indices are calculated from reflectance data of discrete spectral bands. The reflectance signal in the visible spectral range is dominated by the optical properties of photosynthetic pigments in plant leaves. Numerous spectral indices have been proposed for the estimation of leaf pigment contents, but the efficacy of different indices for prediction of pigment content and composition for species-rich communities is unknown. Assessing the ability of different vegetation indices to predict leaf pigment content we identify the most suitable spectral indices from an experimental dataset consisting of field-grown high light exposed leaves of 33 angiosperm species collected in two sites in Mallorca (Spain) with contrasting leaf anatomy and pigment composition. Leaf-level reflectance spectra were recorded over the wavelength range of 400 – 900 nm and contents of chlorophyll a, chlorophyll b, total carotenoids, and anthocyanins were measured in 33 species from different plant functional types, covering a wide range of leaf structures and pigment content, five-fold to more than 10-fold for different traits. The best spectral region for estimation of leaf total chlorophyll content with least interference from carotenoids and anthocyanins was the beginning of near-infrared plateau well beyond 700 nm. Leaves of parallel-veined monocots and pinnate-veined dicots had different relationships between vegetation indices and pigments. We suggest that the nature and role of “far-red” chlorophylls which absorb light at longer wavelengths than 700 nm constitute a promising target for future remote sensing studies.

     

基于MODIS数据的地表组分温度反演研究

组分温度的反演是当前定量遥感的一个难点。与众多的陆面温度遥感模型相比,成熟的组分温度遥感模型相对较少。通过对近地面热红外辐射能量的线性展开,建立了MODIS多波段植被、土壤组分温度反演模型。该模型将组分温度与地表温度定量联系起来,模型中所涉及到的参数充分考虑到研究区湿地环境的特点。在计算组分温度时,首先利用单窗算法得到的MODIS陆面温度反演模型计算地表温度,然后由所建立的组分温度模型计算植被、土壤温度。选用2005年10月31日的鄱阳湖地区MODIS数据试验,与实测的植被、土壤温度相比,反演的组分温度的误差在15~21℃;通过对模型参数的敏感性分析,表明该模型具有一定的稳定性。实践证明,该方法能够有效实现组分温度的分离,是一种组分温度反演的较好方法。     

淀山湖浮游植物叶绿素a粒径组成及其与水质因子相关性

于2005年6月至2006年5月对淀山湖小型（20～200 μm）、微型（2～20 μm）和微微型（<2 μm）浮游植物叶绿素a和水质因子进行逐月调查研究。结果表明：小型和微型浮游植物是淀山湖水体年均叶绿素a的主要贡献者，二者贡献率之和为7479%。淀山湖叶绿素a粒径组成百分比的季节变动与水体浮游植物群落结构季节演替密切相关：小型浮游植物叶绿素a浓度所占百分比春季最高，而微型、微微型的则分别在秋、冬季最高。相关性分析显示，小型、微型浮游植物叶绿素a浓度百分比与NH3 N含量分别呈显著正、负相关，微微型浮游植物叶绿素a百分比与BOD5呈极显著负相关。对应滤食性鱼类等水生动物的食性粒级，探讨了运用非经典生物操纵技术防治淀山湖富营养化的可行性。〖     

近50年鄱阳湖水位变化特征研究

基于鄱阳湖棠荫水文站近50 a(1962～2012年)水位资料，采用Mann Kendall法和最大熵谱法分析鄱阳湖湖区水位的演变趋势和周期性。研究表明：(1)年平均水位、年最高水位没有显著变化趋势，年最低水位具有显著下降趋势；(2)年平均水位、年最高水位的突变点为2005年，突变后期转为微弱下降趋势，年最低水位的突变点为2003和2005年，突变后期下降速度加快；(3）年平均水位以25~26 a为第一主周期，6~7 a为次主周期，11 a、12 a、16 a年为第三主周期，年最高水位以19 a为主周期，年最低水位以6 a为第一主周期，16 a为次主周期;(4）未来10 a内鄱阳湖水资源量并无显著衰减趋势，洪水位并无上升趋势，年最低水位持续走低，进入枯水时间提前，枯水持续时间延长