面向GOCI数据的太湖总磷浓度反演及其日内变化研究

总磷浓度是水质评价的一个重要指标,是水体富营养化、蓝藻水华暴发的重要影响因素,遥感技术具有范围广、时效高的优势,利用卫星遥感监测总磷浓度,对于水质和富营养化的研究有着重要意义.利用2013~2014年3次地面实验数据,构建了基于GOCI影像的总磷反演模型,为了检验模型的适用性,选取2014年春、夏、秋、冬各1日GOCI影像,对太湖总磷浓度的日内变化进行分析.结果表明,利用GOCI数据8个波段的波段组合作为变量,进行逐步回归分析所建立的模型具有较高的反演精度,模型的决定系数为0.898,平均绝对误差百分比为14.296%,均方根误差为0.026 mg·L~(-1).同时,利用地面实测样点与同步卫星影像对模型进行了精度分析,2014年8月5日和2014年10月24日同步影像的验证精度分别为:平均绝对误差百分比为33.642%和22.551%,均方根误差为0.076 mg·L~(-1)和0.028 mg·L~(-1).对4个季节中4 d的30幅影像对比分析表明,不同季节总磷浓度的绝对含量存在差异,但是,总磷浓度的时空分布及从早晨到下午的差异性存在相似性.从空间分布上看,梅梁湾、竺山湾、贡湖湾及西南部沿岸小梅港、长兜港总磷浓度长期偏高,各个区域的总磷浓度变化受到风向、风速等因素的影响;从时间变化上看,早上总磷浓度最高,随后逐渐降低,反映了总磷浓度受到温度和光照影响的效果.     

基于生物光学模型的巢湖悬浮物浓度反演

根据2009年6月巢湖32个样点实测的遥感反射率、悬浮物浓度、吸收系数及散射系数等数据,分析巢湖水体各组分的吸收、散射等固有光学特性,确定悬浮颗粒物单位散射系数、后向散射概率等固有光学参数,构建基于生物光学模型的悬浮物浓度反演模型,并利用准同步获取的环境1号卫星CCD影像数据反演巢湖悬浮物浓度.结果表明,555 nm处悬浮颗粒物单位散射系数的平均值为0.48 m2/g,以555 nm为参考波长,建立指数衰减模型对悬浮颗粒物单位散射系数进行参数化,模型的决定系数可以达到0.99;此外,在760～900 nm(Band4)范围内,后向散射概率不具有波长依赖,其值稳定在0.051.利用所得到的表观及固有光学量构建巢湖水体遥感反射率模型,反演巢湖悬浮物浓度,得到实测值与反演值之间的相对误差随着浓度的增加而呈现下降的趋势,平均相对误差为17.25%,由此表明该方法适用于反演悬浮物浓度较高的湖泊水体;利用两景环境1号卫星CCD影像数据反演得到的巢湖悬浮物浓度主要在0～100 mg/L之间变化,其中6月13日巢湖悬浮物浓度40 mg/L的水域占到总面积的54.37%,而6月15日巢湖61.62%的水域悬浮物浓度40 mg/L,且这2 d巢湖悬浮物的分布与当时的气候变化一致.     

卫星遥感环境业务化监测应用平台建设

从中国的卫星遥感技术现状出发,提出了中国的环境遥感应用不能只停留在研究水平,应根据我国环境监测的实际需要,与地面环境监测相结合,建立一套卫星遥感环境业务化监测应用平台,使遥感技术进入环境保护领域的实用化阶段。文章指出卫星遥感环境业务化监测应用平台建设主要包括卫星遥感环境业务化监测指标与监测、运行技术规范体系的建立、卫星遥感环境监测目标的确定、卫星遥感环境业务化监测目标的波谱数据库的建立、卫星遥感环境业务监测应用平台的业务内容、关键技术研究等内容,深化了我国的卫星遥感在环境领域中的应用,具有很高的实用价值。     

湖泊富营养化遥感评价模型的建立方法

中国处于不同富营养状态的湖泊已达75%,湖泊富营养化监测已成为我国迫切需要解决的技术问题。遥感技术能够低成本地对水体实现大尺度、快速监测,实现传统点状监测到面状监测的延伸。充分考虑我国现有的湖泊富营养化评价方法、参评指标相互关系的同时,通过研究参评指标的光谱特性分析其遥感可行性,提出了从水体的叶绿素a和悬浮物浓度入手,综合评价湖泊富营养化的遥感评价方法。     

基于高分影像的城市黑臭水体遥感识别:以南京为例

城市黑臭水体的遥感识别对于黑臭水体的监测、治理有着重要作用.2016年对南京城市河段进行了地面调查,并在沙洲西河、秃尾河、玄武湖、金川河设置了55个样点,采集水样分析水质参数并同步测量水面光谱.在此基础上,利用绿光波段遥感反射率的单波段阈值、蓝、绿波段差值、红、绿波段比值,以及色度值,分别构建了基于GF-2影像的城市黑臭水体遥感识别算法,并分析南京市主城区黑臭水体的空间分布和环境特点.结果表明:(1)和其他类型水体相比,城市黑臭水体遥感反射率最低,在整个可见光范围峰谷不突出,而且在400~550 nm范围光谱斜率最小;(2)采用地面同步调查结果检验,比值算法的识别精度最高,对城市河道黑臭水体的识别更准确;(3)利用比值法对2016年11月3日的GF-2影像进行计算,共提取研究区黑臭河段11条,总长度40.7 km,总面积0.749 km~2.黑臭河段分布具有范围广且不连续的特征,集中分布于各城区人口密集的区域;水体发生黑臭主要受到生活污水、工业废水、断头浜的影响.     

全国生态环境调查与评估“一张图”系统建设与应用

结合生态环境调查与评估工作特点,借鉴"一张图"的基本构架和设计理念,立足于对生态环境调查与评估工作的全过程支撑,设计并构建了覆盖全国的生态环境调查与评估"一张图"核心数据库和系统,克服了以往生态环境调查评估系统"重调查、轻评估"的局限,有效促进了生态环境调查评估工作的科学化、规范化。今后,应加强"一张图"系统的调查评估支撑能力建设;强化调查评估成果应用,为生态管理与决策提供数据保障和应用支撑。     

饮用水水源地环境质量遥感监测评价与应用示范

我国饮用水环境安全形势严峻,保障饮用水安全已经成为今后一个时期环保工作的重中之重。卫星遥感能够对水源地大范围区域内的环境状况进行快速、客观的监测,从而全面了解水源地及周边的水生态安全、风险源存在及变化情况,可有效补充传统的地面采样点环境监测方法的不足,提升水源地环境管理的综合监管水平。本文梳理了我国饮用水水源地环境质量遥感监测指标体系,提出了包含水域指标、陆域指标、监管指标的3个一级指标和13个二级指标的水环境质量评价体系,并通过案例开展了应用示范。     

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...     

基于集合均方根滤波的太湖叶绿素a浓度估算与预测

叶绿素a浓度作为表征水质状况的重要参数之一,反映了水体富营养化程度和藻类含量,是决定水体的反射光谱特征的重要因素,也是水质遥感领域研究较多的一项水质参数.研究叶绿素a浓度的遥感定量反演可以为湖泊水质监测与评价提供新的思路和方法.本研究发展了一个基于集合均方根滤波和风生流的污染物扩散模型的数据同化方案,并结合2010年5月20日的太湖3个浮标观测站点的观测数据进行了同化实验.首先对太湖叶绿素a浓度进行同化估算,然后利用优化后的估算结果对太湖叶绿素a浓度进行了为期6 h的预报.在同化阶段,均方根误差分别从1.58、1.025、2.76降低到了0.465、0.276、1.01,平均相对误差也从0.2降低到了0.05、0.046、0.069.在预报阶段,均方根误差从1.486、1.143、2.38降低到了0.017、0.147、0.23,平均相对误差也从0.2降低到了0.002、0.025、0.019.结果表明,利用集合均方根滤波的数据同化方法可以有效地提高太湖叶绿素a浓度的估算与预报精度.     

基于环境一号卫星的自然保护区生态系统健康评价

以生态系统健康及压力－状态响应模型作为研究方法,设计了一套基于环境一号卫星CCD数据的自然保护区生态系统健康评价评价方法、指标体系和技术流程.同时选择向海湿地自然保护区为示范区,以环境一号卫星CCD影像为数据源, 对指标, 对其生态系统健康现状进行了评价.结果表明,向海湿地自然保护区生态系统相对不健康、中等健康、较健康和相对健康的区域面积分别占整个自然保护区总面积的46.49%、18.02%、21.18%、14.31%,整个自然保护区生态系统健康水平一般,人类干扰严重,组织结构不太合理.向海湿地自然保护区生态系统健康水平一般的主要原因是人类活动日益增强和年降水量明显减少.