遥感水文.ppt

1 水体的光谱特性 2 水文过程遥感 3 水环境遥感 遥感o 从远处探测感知物体，也就是不直接接触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁波信息，经过对信息的处理，判别出目标地物的属性。遥感数据特征o 大面积的同步观测o 时效性o 数据的综合性和可比性o 经济性3接收预处理用户应用处理分析结果、图表输出（1 1）可一次性获取大范围的地物信息可一次性获取大范围的地物信息（2 2）信息量大，全天候监测信息量大，全天候监测（3 3）收集资料方便，无地域局限性收集资料方便，无地域局限性（4 4）收集资料快捷收集资料快捷 从水体中得到的遥感光谱信号是多种信号的复合体，它包括了大气散射及水面、水底的反射以及水体中多种综合因素的散射辐射。6水体中叶绿素的光谱信号、悬浮泥沙、污染物、流场等的光谱信号。7水面反射光：约3.5%到达水面的光被直接反射。反射强度与水面性质有关，如水面冰层、水面浮游生物等。透射进入水中的光大部分被水分子和水中其它物质吸收和散射，强度与浑浊度等有关，浑浊度越大，水下散射光越强。衰减后的水中散射光部分到达水体底部形成底部反射光，它的强度与水深负相关，且随着水体浑浊度的增大而减小。水中光：水中散射光的向上部分水中散射光的向上部分及浅水条件下底部反射光底部反射光共同组成，或称离水反射辐射。以上水体的散射和反射发生在一定深度的水体，称为体散射。水体的光谱特征主要表面为体散射，而非表面反射。8纯水在 400 1100 nm之间的吸收和散射特性9不同泥沙含量水体的反射光谱曲线 降雨量 蒸发量 土壤含水量10 气象雷达o 气象雷达发射某一特定频率无线电波，大气中云滴反射回此一特定频率的信号o 由接收到反射信号的时间可推知云雨所在的位置。o 由反射信号强度分布可推知云雨区的结构与水分子的多寡与分布。o 气象雷达多用于局部短期降雨监测 气象卫星11 气象卫星12雷达回波图。图中雷达回波，颜色数值越高 表示云雨系统含水量愈多，但不能直接代表地面降水量的多寡。气象雷达 气象卫星o 基本原理：通过监测云层高度和厚度推测降雨量。o 卫星不发出探测能量，而是被动地接收云层辐射的红外线或反射的可见光，故分类为被动遥测。o 以配置的仪器，所提供的卫星影像图，最常用到的可分有可见光云图可见光云图与红外线云图红外线云图。o 多用于大面积降雨估算1314原理颜色可见光云图云滴反射阳光拍摄而成，只有白天白天才有资料。较厚的云反射较强，在可见光云图上愈亮(愈白白)红外线云图量测云顶本身向外辐射的红外线强度而成，24小时都有数据。云顶愈高高，温度愈低低，辐射出的红外线愈弱，在红外线云图上愈亮(愈白白)。可见光云图红外线云图云的形式黑黑无云白灰云低而密灰白云高而稀白白浓厚（积雨云）15 遥感可为蒸发量的计算提供以下数据：o 辐射信息：如太阳辐射、地表反照率和净辐射o 地表植被覆盖信息，如植被类型、覆盖率、叶面积指数、冠层结构等o 表面的水分状况和温度信息 将以上信息与传统蒸发量计算方法相结合o 统计经验法o 能量平衡法o 数值模型法16利用遥感数据计算蒸发量的优势？17土壤含水量光学遥感可见光/近红外技术热红外技术微波遥感 光学遥感监测土壤水分o 热惯量法热惯量法：利用热红外遥感影像反演下垫面温利用热红外遥感影像反演下垫面温度，建立与土壤热惯量、土壤水分含量的度，建立与土壤热惯量、土壤水分含量的关系关系o 植被指数法植被指数法：被认为植被的缺水状况可以通过被认为植被的缺水状况可以通过不同的遥感植被指数来表征，通过植被指数来不同的遥感植被指数来表征，通过植被指数来间接估算土壤水分间接估算土壤水分o 作物缺水指数法作物缺水指数法：作物缺水指数是土壤水分的作物缺水指数是土壤水分的一个度量指标，它是由作物冠层温度值转换来一个度量指标，它是由作物冠层温度值转换来的，是利用热红外遥感温度和常规气象资料来的，是利用热红外遥感温度和常规气象资料来间接的监测植被条件下的间接的监测植被条件下的土壤水分土壤水分18 光学遥感监测土壤水分o 被动微波遥感：主要是通过微波辐射计获得土壤的亮温温度，然后通过物理模型反演土壤水分或与土壤湿度建立经验统计模型o 主动微波遥感：通过试验数据的相关分析建立土壤湿度与后向散射系数之间的经验函数19 分析遥感影像，获得水体的分布、泥沙、叶绿素、有机质等的状况和水深、水温等要素信息。20 遥感研究水域的演变o 水域面积大，变化快，形态独特；水在各波段具有明显的特性；水域演变后多能在原地保留一定湿度和形态（1）河流、水系变化 （2）湖泊演变 （3）河口三角洲演变 （4）海岸带演变2122渤海海域海冰监测图像 23清水不同深度的光谱特征清水不同深度的光谱特征随水深增加，水体对光谱组成的影响增大，在水深20 m处，近红外波段的通量已几乎不存在。蓝-绿波段对研究水深和水底特征是有效的。不同波长的光对水体的透射作用和穿深能力不同，所以在水体不同波段的光谱实际反映了不同厚度水体的信息特征。如蓝-绿波段的穿透深度约为1020 m，红波段穿透浓度约2 m。2425不同泥沙含量水体的反射光谱曲线 26全球海面温度分布全球海面温度分布水体热容大，热惯量在，昼夜温差小，在热红外波段有明显特征。27不同叶绿素含量水体的反射光谱曲线 遥感传感器记录的是地表物体的电磁波辐射特性（强弱变化及空间变化），因此只有在较大程度上直接或间接影响水体的电磁波辐射性质的水环境化学物质才有可能通过遥感技术加以探测，并非所有水环境化学研究的内容都可以辅以遥感手段。28 内陆水体中决定光谱反射率的污染物质o 浮游植物，主要是藻类 o 由浮游植物死亡而产生的有机碎屑以及陆生或湖体底泥经再悬浮而产生的无机悬浮颗粒，总称为非色素悬浮物（以下简称悬浮物）o 由黄腐酸、腐殖酸组成的溶解性有机物，通常称为黄色物质2930污染类型 生态环境变化 遥感影像特征 富营养化 浮游生物含量高 在彩色红外图像上呈红褐色或紫红色,在MSS7图像上呈浅色调 悬浮泥沙 水体浑浊 在MSS5像片上呈浅色调,在彩色红外片上呈淡蓝、灰白色调,浑浊水流与清水交界处形成羽状水舌 石油污染 油膜覆盖水面 在紫外、可见光、近红外、微波图像上呈浅色调,在热红外图像上呈深色调,为不规则斑块状 废水污染 水色水质发生变化 单一性质的工业废水随所含物质的不同色调有差异,城市污水及各种混合废水在彩色红外像片上呈黑色 热污染 水温升高 在白天的热红外图像上呈白色 或白色羽毛状,也称羽状水流 固体漂浮物 各种图像上均有漂浮物的形态 31 遥感参数 测定项目 地面分辨率(m)光谱分辨率(m)波长范围(nm)摄影周期 视场角(离铅直方向的角度)摄影范围(kmkm)石油污染 10-30*（300）紫外、可见、微波 2-4小时（1天）注意光晕 200200（2020）悬浮泥沙 20（500）0.15（0.15）350-800 400-700 2小时（1天）0-+15（-5-+30）350100（1010）固体废物 10（200）0.15（0.15）350-800 400-700 5小时（10天）0-+15（-5-+30）3535（1010）热污染 30（500）温度分辨率 0.2C(1C)10-20m(10-14m)2小时（10天）3535（1010）富营养化 100（2000）0.05（0.15）400-700 2天（14天）0-+15（0-+30）350350（3535）赤潮 30（2000）0.015（0.015）400-700 5小时（2天）0-+15（-5-+30）350350（20100）水质遥感对影像的要求 注：表内数字是指理想值，括弧内的数字是最低限度允许值。32太湖蓝藻的遥感监测（landsat TM）受到受到遥感技术自身局限性的制约，应用过程中尚具有遥感技术自身局限性的制约，应用过程中尚具有如下问题如下问题 ：(1(1)遥感的尺度（空间、时间）与研究区遥感的尺度（空间、时间）与研究区水文尺度水文尺度差别差别(2)(2)遥感数据的精度偏低遥感数据的精度偏低(3)(3)现行的遥感数据提取水文变量方法应用范围较窄，现行的遥感数据提取水文变量方法应用范围较窄，缺乏普适性缺乏普适性(4)(4)遥感数据参数化和特征值提取方法尚不完善遥感数据参数化和特征值提取方法尚不完善遥感水文遥感水文存在问题存在问题34353637383940只有在较大程度上直接或间接影响水体的电磁波辐射性质的水环境化学物质（如泥沙、叶绿素、有机质等）才有可能通过遥感技术加以探测，并非所有水环境化学研究的内容都可以辅以遥感手段。水环境遥感数据的解释，必需建立在水文过程机理基础上，不能只通过数学上的数值相关得出结论。水环境遥感模型在不同地区、不同时段应用时要注意适用性。