遥感水文

遥感水文•1水体的光谱特性•2水文过程遥感•3水环境遥感遥感特征•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经济性遥感数据的获取与处理3接收预处理用户应用处理分析结果、图表输出电磁波谱遥感水文的优势（1）可一次性获取大范围的地物信息（2）信息量大，全天候监测（3）收集资料方便，无地域局限性（4）收集资料快捷1水体的光谱特性•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。1水体的光谱特性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及浅水条件下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。1水体的光谱特性8纯水在400～1100nm之间的吸收和散射特性1水体的光谱特性9不同泥沙含量水体的反射光谱曲线水体的反射率很低，随波长增大逐渐变低，在近红外的遥感影像上，清澈的水体呈黑色。确定地面有无水体，应选择近红外波段影像。蓝波段对水体有较大的透射能力，因此该波段的色调可反映水深和浅水区的水下地形。2水文过程遥感•降雨量•蒸发量•土壤含水量10降雨量遥感•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降雨量遥感•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。降雨量遥感•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与红外线云图。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，只有白天才有资料。较厚的云反射较强，在可见光云图上愈亮(愈白)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，温度愈低，辐射出的红外线愈弱，在红外线云图上愈亮(愈白)。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蒸发量遥感•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？土壤含水量遥感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土壤含水量遥感•光学遥感监测土壤水分o热惯量法：利用热红外遥感影像反演下垫面温度，建立与土壤热惯量、土壤水分含量的关系o植被指数法：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，通过植被指数来间接估算土壤水分o作物缺水指数法：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土壤水分18土壤含水量遥感•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193水环境遥感•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水域面积•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21水域面积22渤海海域海冰监测图像水深23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20m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10~20m，红波段穿透浓度约2m。水深24含沙量25不同泥沙含量水体的反射光谱曲线浑浊水体的反射波谱曲线整体高于清水，水色随浑浊度增加，由蓝色向绿色、黄色转变。随泥沙浓度加大，波谱反射峰值向长波方向移动（红移）。随泥沙浓度加大，可见光对水体的透射能力减弱，反射能力加强。泥沙的定量遥感一般通过理论模型或经验模型进行反演。水温26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。叶绿素含量27不同叶绿素含量水体的反射光谱曲线3水环境遥感•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。283水污染•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293水污染30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3水污染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(kmkm)石油污染10-30*（300）——紫外、可见、微波2-4小时（1天）注意光晕200200（2020）悬浮泥沙20（500）0.15（0.15）350-800400-7002小时（1天）0-+15（-5-+30）350100（1010）固体废物10（200）0.15（0.15）350-800400-7005小时（10天）0-+15（-5-+30）3535（1010）热污染30（500）温度分辨率0.2C(1C)10-20m(10-14m)2小时（10天）——3535（1010）富营养化100（2000）0.05（0.15）400-7002天（14天）0-+15（0-+30）350350（3535）赤潮30（2000）0.015（0.015）400-7005小时（2天）0-+15（-5-+30）350350（20100）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。3水污染32太湖蓝藻的遥感监测（landsatTM）受到遥感技术自身局限性的制约，应用过程中尚具有如下问题：(1)遥感的尺度（空间、时间）与研究区水文尺度差别(2)遥感数据的精度偏低(3)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(4)遥感数据参数化和特征值提取方法尚不完善遥感水文存在问题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。