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...     

基于MODIS的长江中游河段悬浮泥沙浓度反演

监测和预报悬浮泥沙浓度的沿程分布和时间变化,无论是对于河流水利工程还是河流生态和环境保护都具有重要意义。卫星遥感反演同步性好、速度快、周期短,可以实时和全面地观测大尺度悬浮泥沙分布。旨在建立基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)影像的长江中游河段悬浮泥沙浓度反演模型, 并利用建立的模型反演2002~2009 年长江中游河段丰水期的悬浮泥沙浓度, 分析其在时间和空间上的变化特征。研究揭示,MODIS Terra 影像红波段与悬浮泥沙浓度具有显著的相关性（R2=0877,n=125,RMSE=4057 mg/L）,可以用于长江中游丰水期悬浮泥沙浓度的反演。长江三峡工程经历三次蓄水,坝下游宜昌至汉口段悬浮泥沙含量显著减少,荆江河段、洞庭湖及城陵矶至武汉江段下降最为显著。洞庭湖来水来沙是长江中游城陵矶以下江段主要的悬浮泥沙来源之一,从预测结果可知,洞庭湖来水在城陵矶汇入长江后与江水混合以至形成数十公里的混合带,至洪湖以下江段逐渐混合均匀     

基于遥感反演长江中游地区悬浮泥沙研究

悬浮泥沙定量研究对于调查长江的水质、地貌、生态环境等起着至关重要的作用。以长江中游武汉地区2012~2013年14幅不同时相的Landsat ETM+遥感影像为主要数据源，结合野外采样悬浮泥沙浓度数据，分析了悬浮泥沙遥感定量反演方法，数据处理中针对ETM+SLC OFF影像缝隙问题，采用自适应局部回归匹配算法（ALR）进行影像自动恢复处理，在波段选择中对悬浮泥沙浓度和光谱反射率数据进行相关性分析，并运用传统关系建模方法和高斯模型方法对比，比较悬浮泥沙定量反演模型，利用实测验证数据对反演模型精度进行评估。研究结果表明：（1）ALR可以有效的获取悬浮泥沙敏感波段的遥感光谱反射率；（2）ETM+Band3悬浮泥沙浓度的高斯模型相关系数最高，通过对比得到模型反演的验证精度较高，研究证明遥感定量反演适合于长江流域武汉段泥沙含量大范围监测     

MERIS卫星数据定量反演长江河口的悬沙浓度

悬浮泥沙浓度是描述水质的重要参数，获取其空间和时间上的分布，有助于水环境监测及泥沙输运观测。首先介绍了欧空局（ESA）发射的ENVISAT上携带的中分辨率成像光谱仪（MERIS）基本特点，其数据较SeaWiFS、MODIS在水色波段设置和灵敏度上具有一定优势，然而在我国高浑浊河口如长江口，MERIS二级产品如离水辐射率和总悬浮物浓度的反演结果与实测数据有较大的偏差。故直接利用其一级数据即传感器接收到的辐射率，采用基于辐射传输模型的MODTRAN算法进行大气校正以获得水表遥感反射率。应用遥感反射率与悬沙浓度的关系模型，反演了2005年夏季三个寻常潮（7月30日、8月3日、8月9日）悬沙浓度。通过对反演结果与实测数据进行分析，得出反演偏差可由二级产品90%相对误差降低到53%左右。最后给出了2005年8月15日、9月16日悬沙浓度分布图，通过分析得出利用MERIS数据反演高浑浊河口悬沙浓度是可行的.     

江湖洪水不同遭遇对城陵矶水位影响的实验研究

城陵矶位于长江干流和洞庭湖出流汇合处,因此影响城陵矶洪水位的因素除了河床淤积、洪水特性等以外,洞庭湖出流与长江干流的不同遭遇也起着非常重要的作用。采用模型实验的方法,研究了不同遭遇、不同流量、不同螺山水位下城陵矶河段水位的变化。结果表明：在城陵矶断面,当监利来水流量超过洞庭湖出流时,主流靠左岸;当监利来水流量少于洞庭湖出流时,主流靠右岸。洞庭湖出流与长江干流来水流量的不同遭遇对城陵矶断面水位的影响非常显著。当监利来水流量占螺山流量的百分比为55 %左右时,城陵矶断面水位最高,即此时长江干流来水流量和洞庭湖出流相互之间顶托消耗能量达到最大值。在中水流量下,当监利来水流量占螺山流量的百分比为55 %左右时,城陵矶断面左右岸水位差达到最小值。     

东洞庭湖湿地生态系统健康状态与水位关系研究

基于CBERS卫星遥感影像数据，以东洞庭湖国家级自然保护区为研究区，通过光谱特征分析建立决策树分类模型，提取东洞庭湖湿地的地物类型。以生态系统健康理论为基础，依据东洞庭湖湿地的特点，综合湿地生产力、组织结构、弹性和功能4个方面，建立湿地生态系统健康状态评价指标体系和评价模型，利用GIS技术，分析东洞庭湖湿地在2000～2006年10个时相的生态系统健康状态。结合城陵矶水文站的水位数据，探讨了东洞庭湖湿地健康状态与城陵矶水位之间的相关性，并利用2007年两个时相的数据进行检验。研究结果表明：东洞庭湖湿地健康状态与城陵矶水位之间存在着较大的相关性，当城陵矶水位达到30 m左右时，东洞庭湖湿地健康状态达到最佳值     

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.     

基于实测光谱分析和MODIS数据鄱阳湖叶绿素a浓度估算

基于遥感的大面积水体监测技术为水环境监测提供了一种有效手段。以鄱阳湖为研究区,以反映水体营养状态的重要指标叶绿素a为研究对象,在测定研究区水体光谱及叶绿素a浓度和收集了相应时间的MODIS数据的基础上,采用浮游藻类指数法（Floating Algae Index,FAI）提取鄱阳湖水体范围,对鄱阳湖水体实测光谱数据进行剔除异常、归一化及光谱微分处理,构建波段差值、比值、归一化差值等光谱指数,利用最小二乘原理迭代分析水体叶绿素光谱响应特征,得出敏感波段范围：673～680 nm与650～665 nm、680～710 nm与650～670 nm、662～671 nm与700～720 nm光谱区间组合。选择最佳通道组合,建立基于MODIS影像的鄱阳湖叶绿素a浓度反演模型,相关系数为067。应用该模型得到2011年秋季鄱阳湖的叶绿素浓度估算值,反演结果显示湖区水体叶绿素浓度总体不高,且在空间分布上湖区水体周边与陆地交界处比湖中心区浓度偏高。分析认为：通过对实测光谱的定量分析,获得对鄱阳湖地区水体叶绿素浓度的光谱特征认识,揭示出其反射光谱的长波漂移现象,为鄱阳湖这一富营养化程度底,且水体分布不均匀区域建立一种叶绿素浓度反演方法,可为该区域长期的水环境管理提供方法借鉴     

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。     

卫星遥感洞庭湖主汛期水体时空变化特征及影响因子分析

基于1989~2011年的长时间序列卫星遥感数据,利用综合水体信息提取方法提取了洞庭湖区6~9月主汛期的水体信息,通过较高分辨率卫星遥感数据验证,水体面积提取精度达到90%以上。洞庭湖年平均径流入湖量、NCEP再分析资料计算的湖体上空和流域累计月平均降水量分别与水体面积变化的关系进行分析,结果表明: 1989~2011年间洞庭湖水体面积最大值主要分布在7和8月,这两个月也是洞庭湖区域发生洪涝灾情的高风险期;洞庭湖水体面积与年平均径流入湖水量的相关系数为0.67(置信度为95%);2003年以前,洞庭湖主汛期间水体面积波动比较大,2003年三峡水库运行后,洞庭湖的面积波动有所减少;洞庭湖上空累计月平均降水量对于水体面积存在正相关性,相关系数为0.68(置信度为99%);2003年以前,洞庭湖流域累计月平均降水量和水体面积相关系数为0.50(置信度为90%),2003年三峡水库运行后,两者相关性有所减弱。     

洞庭湖淤积、围垦对湖区江湖洪水影响的模拟

应用数值模拟技术，通过建立洞庭湖与长江耦合的水动力学数值模型，并利用长江沿江的宜昌、枝江、沙市、监利、螺山和洞庭湖区沿湖的南咀、小河咀、沅江、鹿角、岳阳和城陵矶等水文测站的水文资料，开展洞庭湖区湿地恢复的洪水效应模拟计算，选用1998年6月15日~8月31日洪水资料作为模型计算依据。通过模拟计算，对1952年以来洞庭湖淤积、围垦对江湖洪水的影响进行了定量评估。结果显示，1952~1998年的47年间，洞庭湖湖泊湿地围垦对江湖洪水位升高影响的相对量是湖泊淤积对江湖洪水位升高影响值的2～10倍。     

三峡水库蓄水期不同调度方案对洞庭湖出口水位的影响

洞庭湖水情受到长江和四水的综合影响，因此三峡水库蓄水运行必将对洞庭湖出口水位产生影响。通过构建模型对洞庭湖出口的水位过程进行模拟，以三峡出库日均流量、洞庭湖四水合成日均流量为输入，城陵矶站日水位过程为输出，以量化和分析城陵矶水位变化受三峡水库调度的影响。通过三峡入库流量代替出库流量，还原自然状态下的水位过程，并根据各调度方案计算的出库流量模拟各调度方案下城陵矶的水位变化过程。对比各调度方案下三峡水库蓄泄水对洞庭湖出口水位的影响可以发现：各蓄水方案对洞庭湖出口水位都造成了一定的影响，起蓄时间较早的方案影响时间较长，整体上平均水位变化也较大，但起蓄后水位变化较为平缓；起蓄时间较晚的方案影响时间较短，整体上平均水位变化相对较小，但起蓄后水位变化较为剧烈。考虑到不同年份和不同来水类型情况对洞庭湖出口水位的影响存在差异，各蓄水方案的优劣需要具体分析和讨论     

三峡水库防洪调度运行对洞庭湖区防洪减灾的贡献

位于长江中游的洞庭湖区为中国洪涝灾害频发地区之一。2010年的洪水是长江1998年大水后，也是三峡水库蓄水运用以来所遇到的首次较大洪水，在5次洪水过程中，三峡水库实施了5次防洪调度，较大程度地减轻了长江中下游地区的洪水压力。长江中游荆江既是连接三峡水库和长江中下游河道的纽带，又是沟通洞庭湖的水流通道。基于三峡水库出库流量与荆江三口、洞庭湖城陵矶的水文对应关系，以实测水情、灾情资料为依据，运用对比分析方法，揭示2010年汛期三峡水库防洪调度对减轻洞庭湖区的洪水压力及减少洪涝灾害损失的贡献率。结果表明：6~8月份三口入湖洪量减少约24261×108 m3，湖口城陵矶洪水位降低082 m；湖区减少洪涝灾害直接经济损失约19983×108元，间接经济损失约0638×108元     

汉江流域水土流失特点及防治对策

汉江流域水土流失长期以来基本上没有得到有效控制，目前已成为区域经济建设和开发中的重大障碍之一。详细地阐述和分析了流域内水土流失发生规律和特点，指出了其潜在危险。随着治理的进一步深入、水土流失治理难度也在明显加大。介绍了若干项切实可行的防治措施。     

三峡工程对两湖的生态影响

长江干流的渔业捕捞量从1954年的43万t下降到2011年的8万t,降幅达81%,而两湖(洞庭湖和鄱阳湖)的渔业捕捞量分别在2~4万t之间波动。三峡大坝对洞庭湖三口径流量的影响有限,但使江水倒灌鄱阳湖的天数和水量进一步降低。长江来水占洞庭湖径流量的30%,而在鄱阳湖中仅有0.1%,因此,对维持长江干流的渔业资源(特别是产漂流性卵鱼类)来说,洞庭湖的重要性远超鄱阳湖。干流渔业资源的衰退主要是江湖阻隔的结果,虽然过度捕捞起到了推波助澜的作用,因此,即使在干流休渔十年,也未必能使长江的渔业资源大幅回升。如果在两湖建闸,长江渔业资源的衰退将会进一步加剧,江豚的灭绝可能难以避免,因此,维持两湖与长江的生态联系,对长江干流生物多样性的维持至关重要。     

三峡工程运用后洞庭湖水沙情势变化及其影响初步分析

采用原型资料分析、长河段一维数学模型计算等手段，分析和预测了三峡工程运用对洞庭湖水沙与冲淤影响，研究了三峡工程运用对洞庭湖出口水位的影响，在此基础上初步分析了三峡工程运用对湖区防洪与生态环境影响。研究成果表明：三峡水库运用后30 a末，荆江三口年均分流量和分沙量比多年平均值分别减少43%和73%，三口分流道的河床相应发生冲淤变化；三峡工程运用后，受荆江三口分流比减少影响，洞庭湖区泥沙淤积显著减少，对增强洞庭湖区调蓄功能、延长洞庭湖寿命有利；受三峡水库调度运用与长江干流河道冲刷影响，洞庭湖出口水位以下降为主，汛期水位的下降将对湖区防洪有利，而枯期水位的下降将对湖区水资源利用及生态环境带来一定不利影响。