水環境遙感應用在不同環境

水環境遙感應用班級：環境工程學生：譚林學號：1075515013721.遙感技術概述2.水環境概述3.水環境遙感原理4.水環境遙感應用5.水環境遙感發展趨勢1.1遙感技術的定義遙感技術：廣義：泛指一切無接觸的遠距離探測，包括對電磁場、力場、機械波（聲波、地震波）等的探測。狹義：指應用探測儀器，不與探測目標相接觸，從遠處把目標的電磁波特性記錄下來，通過分析，揭示出物體的特征性質及其變化的綜合性探測技術?，F代遙感技術主要包括信息的獲取、傳輸、存儲和處理等環節。遙感系統，由傳感器、遙感平臺、信息傳輸設備、接收裝置以及圖像處理設備等組成，其核心組成部分是獲取信息的傳感器。1.2遙感技術基本原理基本原理：任何物體都具有光譜特性，具體地說，它們都具有不同的吸收、反射、輻射光譜的性能。在同一光譜區各種物體反映的情況不同，同一物體對不同光譜的反映也有明顯差別。即使是同一物體，在不同的時間和地點，由于太陽光照射角度不同，它們反射和吸收的光譜也各不相同。1.3遙感技術特點獲取信息手段多,信息量大。（不同波段，不同數據源）動態反映事物的變化。（不同時相）探測范圍大,具有宏觀性。（覆蓋面積）獲取信息的限制條件少。（人類不能到達的地方）2.1水環境水環境是指自然界中水的形成、分布和轉化所處空間的環境。是指圍繞人群空間及可直接或間接影響人類生活和發展的水體，其正常功能的各種自然因素和有關的社會因素的總體。也有的指相對穩定的、以陸地為邊界的天然水域所處空間的環境。水環境主要由地表水環境和地下水環境兩部分組成。地表水環境包括河流、湖泊、水庫、海洋、池塘、沼澤、冰川等，地下水環境包括泉水、淺層地下水、深層地下水等。水環境是構成環境的基本要素之一，是人類社會賴以生存和發展的重要場所，也是受人類干擾和破壞最嚴重的領域。水環境的污染和破壞已成為當今世界主要的環境問題之一。2.2水體水體有兩層含義：一般指河流、湖泊、沼澤、水庫、地下水、海洋的總稱；在環境學領域中，水體包括水中的懸浮物、溶解有機物質、底泥和水生生物等完整的生態系統或完整的綜合自然體。水環境污染研究中，“水”與“水體”的概念區分十分重要。例如，重金屬污染物易從水轉移到底泥中，著眼于水，似乎未受污染，但從水體看，則受到較嚴重的污染，成為長期的次生污染源。3.1水環境遙感原理--水體的光譜特征

作為環境獨立因子的水體，與其他環境因子相比，具有較為明顯的輻射特征，其主要表現為：天然水體對0.4～1.1μm電磁波的反射率明顯低于其他地物，即總輻射水平低于其他地物，在遙感圖像上常常表現為暗色調；近紅外波段的反射比可見光波段更低；對于不同的水體，在可見光波段，其反射率有較為明顯的不同，如隨泥沙含量的增加而增強。

3.1水體的光譜特征對水體來說，水的光譜特征主要是由水本身的物質組成決定，同時又受到各種水狀態的影響。0.76可見光波段近紅外、短波紅外可見光波段3%～10%5%

藍青綠黃橙紅對于清水，在藍—綠波段反射率4%～5%,0.6μm以下的紅光部分反射率降到2%～3%水的吸收少反射率較低大量透射可見光反射包含：水表面反射、水體底部物質反射、水中懸浮物質反射3個方面。幾乎吸收全部入射能量水體在近紅外、短波紅外這兩個波段的反射能量很小。這一特征與植被和土壤光譜有十分明顯的差異，因而在紅外波段識別水體是較容易的。0.8?3.2水體與電磁波作用過程到達水面的入射光（太陽光和天空光）它的強度與水面性質有關：表面粗糙度、水面浮游生物、水面冰層、泡沫帶等。3.5%水面散射光Ls少量水體本身信息其余的光經折射、透射進入水中，大部分被水分子吸收和散射，以及被水中懸浮物質所散射、反射、衍射成水中散射光。它的強度與水的混濁度成正相關，與水的深度成正相關。部分衰減后的水中散射光到達水體底部形成底部反射光它的強度與水的混濁度成正相關，與水的深度成負相關水中散射光的向上部分及淺海條件下的底部反射光共同組成Lw水中光或稱離水反射輻射。天空散射光Lp遙感器接收L=Lw+Ls+Lp4.1水環境遙感的應用--水資源遙感在水資源監測中，實測數據必不可少。但是，僅通過這些水文觀測點得到的數據并不能得到我們所需要的區域水資源分布圖。實際上，利用個別點的觀測信息很難得到水資源的空間分布信息。遙感以其實時、高效、數據量大、觀測范圍廣的優點在水資源監測中發揮了重要的作用。隨著多傳感器、多光譜遙感的發展和應用，結合地面實測數據，遙感會在河流湖泊動態監測、冰雪覆蓋、水溫、水深、徑流估算等水資源監測方面發揮巨大作用，成為研究水文循環、進行水資源有效監測和管理的重要手段。4.1.1水深探測水深探測是指利用光波對水的穿透能力，即水體的透光性能進行水深測量。穿透能力由衰減長度來衡量，衰減長度是表示水中能見度的一個度量單位，一個衰減長度被定義為向下輻照度等于表面輻照度的1/e(或37%)的長度。4.1.1水深探測

左圖顯示清澈水體隨水深的增加(0、0.2、2、20m)，其光譜特征的變化，即陽光透入清水的光譜特征，近水面的曲線形態近似于太陽輻射，但隨著水深的增大，水體對光譜組成的影響增大。在水深20m處，由于水體對紅外波段光的有效吸收，近紅外波段的能量已幾乎不存在，僅保留了藍、綠波段能量，所以藍綠波段對研究水深和水底特征是有效的4.1.2水溫探測

傳感器通過探測熱紅外輻射強度而得的是水體亮度溫度(輻射溫度)，本應考慮水的比輻射率，方可得到水體真實溫度(物理溫度)。但實際中，由于水的比輻射率接近于1(近似黑體)，在波長6～14μm段尤為如此，因此往往用所測亮溫表示水體溫度。4.1.3水域變化監測

由于河流、湖泊、海岸等均有其特定的發生發展規律，有其區別于其他地物的特性，因此盡管經歷了漫長的自然歷史過程，發生了很大的變化，仍有不少特征通過地表水分條件、植物生長狀況、土地利用方式、地貌結構和組合關系等得以不同程度的保留。在遙感圖像上，它們以色調、陰影、形態、大小、紋理等差異反映出來，由此可勾繪出它們的變遷軌跡。通過尋找圖像標志及其與周圍環境因子的不同之處，可以追索它們的分布、變化范圍和演變規律，結合其時空變化規律，從宏觀上恢復當時的古地理環境。這種水域歷史變遷“痕跡”的識別，往往在大范圍內才能奏效。2001年1月15日海冰2001年2月15日海冰4.2水體富營養化當大量的營養鹽進人水體后，在一定條件下會引起藻類的大量繁殖，而后在藻類死亡分解過程中消耗大量溶解氧，從而導致魚類和貝類的死亡，這一過程稱為水體的富營養化。水體里浮游植物大量繁生是水質富營養化的顯著標志。水中葉綠素濃度是浮游生物分布的指標，是衡量水體初級生產力(水生植物的生物量)和富營養化作用的最基本指標。它與水體光譜響應間關系的研究十分重要。反映水體富營養化程度的最主要因子是葉綠素，其中又以葉綠素a最為突出。4.2水體富營養化在波長0.52μm處出現“節點”，即該處的輻射值不隨葉綠素含量而變化4.3石油污染監測

海上或港口的石油污染是一種常見的水體污染，也是污染數量多、范圍廣、為害深的一種污染。遙感調查石油污染，不僅能發現己知污染區的范圍和估算污染石油的含量，而且可追蹤找到污染源。從大量的遙感油污染監測研究中發現，油膜的海面與凈海面對來自太陽的反射不同，在遙感膠片上的密度也不同。如用彩色影片，油污在彩色影片中呈現灰黑色，用目視判讀似乎和清潔海面的色調一樣，故容易造成錯判，可采用可見光成像技術，由于其具有較高的分辨率，可將油污辨別出來。但是，在黑白影片中，由于油斑和凈海面的反差很小，必須在一定的太陽照射下，照射到海面的光線使得油膜的反射增強。這就使得可見光成像技術只局限在晴朗的白天使用。4.4水體懸浮固體懸浮物指水中呈固體狀的不溶解物質，如水中的各類礦物微粒，含鋁、鐵、硅水合氧化物等無機物質，以及腐殖質、蛋白質等有機大分子物質。水體中懸浮物濃度是最重要的水質參數之一，其含量直接影響水體透明度、渾濁度、水色等光學性質。水體反射率與水體渾濁度之間存在著密切的相關關系。隨著水中懸浮固體濃度的增加，即水的渾濁度的增加，水體在可見光及近紅外波段范圍的反射亮度增加，水體由暗變得越來越亮，同時反射峰值波長向長波方向移動（紅移現象），反射峰值本身形態變得更寬。4.4水體懸浮固體

隨著水中懸浮固體濃度的增加及泥沙粒徑的增大，水體的反射率增大，反射峰值向長波方向移動。受0.93μm～1.13μm紅外強吸收的影響，反射峰值移到0.8μm終止。5.1水環境遙感發展趨勢（1）影像獲取技術不斷發展。衛星影像向高空間分辨率、高光譜分辨率方向發展。如遙感集市上的國產高分數據，最大精度可達2米，符合水環境監測應用的精度標準。（2）遙感監測水質參數的模型方法不斷完善。對水質參數、內在光學特性及表面反射率之間的理論關系進一步研究，使算法不限定于特定的時間和水域，在遙感數據源不能很快得到改進的情況下，這是提高監測水質準確性的一個有效途徑。（3）水質參數監測項目的拓寬。在不斷完善對葉綠素、懸浮物、溫度等參數的監測基礎上，有必要發展對COD、BOD等重要參數進行遙感監測的理