水環(huán)境遙感應(yīng)用在不同環(huán)境

水環(huán)境遙感應(yīng)用班級(jí)：環(huán)境工程學(xué)生：譚林學(xué)號(hào)：1075515013721.遙感技術(shù)概述2.水環(huán)境概述3.水環(huán)境遙感原理4.水環(huán)境遙感應(yīng)用5.水環(huán)境遙感發(fā)展趨勢(shì)1.1遙感技術(shù)的定義遙感技術(shù)：廣義：泛指一切無(wú)接觸的遠(yuǎn)距離探測(cè)，包括對(duì)電磁場(chǎng)、力場(chǎng)、機(jī)械波（聲波、地震波）等的探測(cè)。狹義：指應(yīng)用探測(cè)儀器，不與探測(cè)目標(biāo)相接觸，從遠(yuǎn)處把目標(biāo)的電磁波特性記錄下來(lái)，通過(guò)分析，揭示出物體的特征性質(zhì)及其變化的綜合性探測(cè)技術(shù)?，F(xiàn)代遙感技術(shù)主要包括信息的獲取、傳輸、存儲(chǔ)和處理等環(huán)節(jié)。遙感系統(tǒng)，由傳感器、遙感平臺(tái)、信息傳輸設(shè)備、接收裝置以及圖像處理設(shè)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(shù)基本原理基本原理：任何物體都具有光譜特性，具體地說(shuō)，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(qū)各種物體反映的情況不同，同一物體對(duì)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(shí)間和地點(diǎn)，由于太陽(yáng)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(shù)特點(diǎn)獲取信息手段多,信息量大。（不同波段，不同數(shù)據(jù)源）動(dòng)態(tài)反映事物的變化。（不同時(shí)相）探測(cè)范圍大,具有宏觀性。（覆蓋面積）獲取信息的限制條件少。（人類(lèi)不能到達(dá)的地方）2.1水環(huán)境水環(huán)境是指自然界中水的形成、分布和轉(zhuǎn)化所處空間的環(huán)境。是指圍繞人群空間及可直接或間接影響人類(lèi)生活和發(fā)展的水體，其正常功能的各種自然因素和有關(guān)的社會(huì)因素的總體。也有的指相對(duì)穩(wěn)定的、以陸地為邊界的天然水域所處空間的環(huán)境。水環(huán)境主要由地表水環(huán)境和地下水環(huán)境兩部分組成。地表水環(huán)境包括河流、湖泊、水庫(kù)、海洋、池塘、沼澤、冰川等，地下水環(huán)境包括泉水、淺層地下水、深層地下水等。水環(huán)境是構(gòu)成環(huán)境的基本要素之一，是人類(lèi)社會(huì)賴(lài)以生存和發(fā)展的重要場(chǎng)所，也是受人類(lèi)干擾和破壞最嚴(yán)重的領(lǐng)域。水環(huán)境的污染和破壞已成為當(dāng)今世界主要的環(huán)境問(wèn)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(kù)、地下水、海洋的總稱(chēng)；在環(huán)境學(xué)領(lǐng)域中，水體包括水中的懸浮物、溶解有機(jī)物質(zhì)、底泥和水生生物等完整的生態(tài)系統(tǒng)或完整的綜合自然體。水環(huán)境污染研究中，“水”與“水體”的概念區(qū)分十分重要。例如，重金屬污染物易從水轉(zhuǎn)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(yán)重的污染，成為長(zhǎng)期的次生污染源。3.1水環(huán)境遙感原理--水體的光譜特征

作為環(huán)境獨(dú)立因子的水體，與其他環(huán)境因子相比，具有較為明顯的輻射特征，其主要表現(xiàn)為：天然水體對(duì)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(xiàn)為暗色調(diào)；近紅外波段的反射比可見(jiàn)光波段更低；對(duì)于不同的水體，在可見(jiàn)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(qiáng)。

3.1水體的光譜特征對(duì)水體來(lái)說(shuō)，水的光譜特征主要是由水本身的物質(zhì)組成決定，同時(shí)又受到各種水狀態(tài)的影響。0.76可見(jiàn)光波段近紅外、短波紅外可見(jiàn)光波段3%～10%5%

藍(lán)青綠黃橙紅對(duì)于清水，在藍(lán)—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(jiàn)光反射包含：水表面反射、水體底部物質(zhì)反射、水中懸浮物質(zhì)反射3個(gè)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(gè)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(shí)別水體是較容易的。0.8?3.2水體與電磁波作用過(guò)程到達(dá)水面的入射光（太陽(yáng)光和天空光）它的強(qiáng)度與水面性質(zhì)有關(guān)：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(jīng)折射、透射進(jìn)入水中，大部分被水分子吸收和散射，以及被水中懸浮物質(zhì)所散射、反射、衍射成水中散射光。它的強(qiáng)度與水的混濁度成正相關(guān)，與水的深度成正相關(guān)。部分衰減后的水中散射光到達(dá)水體底部形成底部反射光它的強(qiáng)度與水的混濁度成正相關(guān)，與水的深度成負(fù)相關(guān)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(chēng)離水反射輻射。天空散射光Lp遙感器接收L=Lw+Ls+Lp4.1水環(huán)境遙感的應(yīng)用--水資源遙感在水資源監(jiān)測(cè)中，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)必不可少。但是，僅通過(guò)這些水文觀測(cè)點(diǎn)得到的數(shù)據(jù)并不能得到我們所需要的區(qū)域水資源分布圖。實(shí)際上，利用個(gè)別點(diǎn)的觀測(cè)信息很難得到水資源的空間分布信息。遙感以其實(shí)時(shí)、高效、數(shù)據(jù)量大、觀測(cè)范圍廣的優(yōu)點(diǎn)在水資源監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重要的作用。隨著多傳感器、多光譜遙感的發(fā)展和應(yīng)用，結(jié)合地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，遙感會(huì)在河流湖泊動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、冰雪覆蓋、水溫、水深、徑流估算等水資源監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮巨大作用，成為研究水文循環(huán)、進(jìn)行水資源有效監(jiān)測(cè)和管理的重要手段。4.1.1水深探測(cè)水深探測(cè)是指利用光波對(duì)水的穿透能力，即水體的透光性能進(jìn)行水深測(cè)量。穿透能力由衰減長(zhǎng)度來(lái)衡量，衰減長(zhǎng)度是表示水中能見(jiàn)度的一個(gè)度量單位，一個(gè)衰減長(zhǎng)度被定義為向下輻照度等于表面輻照度的1/e(或37%)的長(zhǎng)度。4.1.1水深探測(cè)

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(yáng)光透入清水的光譜特征，近水面的曲線形態(tài)近似于太陽(yáng)輻射，但隨著水深的增大，水體對(duì)光譜組成的影響增大。在水深20m處，由于水體對(duì)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(lán)、綠波段能量，所以藍(lán)綠波段對(duì)研究水深和水底特征是有效的4.1.2水溫探測(cè)

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

由于河流、湖泊、海岸等均有其特定的發(fā)生發(fā)展規(guī)律，有其區(qū)別于其他地物的特性，因此盡管經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的自然歷史過(guò)程，發(fā)生了很大的變化，仍有不少特征通過(guò)地表水分條件、植物生長(zhǎng)狀況、土地利用方式、地貌結(jié)構(gòu)和組合關(guān)系等得以不同程度的保留。在遙感圖像上，它們以色調(diào)、陰影、形態(tài)、大小、紋理等差異反映出來(lái)，由此可勾繪出它們的變遷軌跡。通過(guò)尋找圖像標(biāo)志及其與周?chē)h(huán)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(guī)律，結(jié)合其時(shí)空變化規(guī)律，從宏觀上恢復(fù)當(dāng)時(shí)的古地理環(huán)境。這種水域歷史變遷“痕跡”的識(shí)別，往往在大范圍內(nèi)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(yíng)養(yǎng)化當(dāng)大量的營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)人水體后，在一定條件下會(huì)引起藻類(lèi)的大量繁殖，而后在藻類(lèi)死亡分解過(guò)程中消耗大量溶解氧，從而導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)和貝類(lèi)的死亡，這一過(guò)程稱(chēng)為水體的富營(yíng)養(yǎng)化。水體里浮游植物大量繁生是水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化的顯著標(biāo)志。水中葉綠素濃度是浮游生物分布的指標(biāo)，是衡量水體初級(jí)生產(chǎn)力(水生植物的生物量)和富營(yíng)養(yǎng)化作用的最基本指標(biāo)。它與水體光譜響應(yīng)間關(guān)系的研究十分重要。反映水體富營(yíng)養(yǎng)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(yíng)養(yǎng)化在波長(zhǎng)0.52μm處出現(xiàn)“節(jié)點(diǎn)”，即該處的輻射值不隨葉綠素含量而變化4.3石油污染監(jiān)測(cè)

海上或港口的石油污染是一種常見(jiàn)的水體污染，也是污染數(shù)量多、范圍廣、為害深的一種污染。遙感調(diào)查石油污染，不僅能發(fā)現(xiàn)己知污染區(qū)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(jiān)測(cè)研究中發(fā)現(xiàn)，油膜的海面與凈海面對(duì)來(lái)自太陽(yáng)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(xiàn)灰黑色，用目視判讀似乎和清潔海面的色調(diào)一樣，故容易造成錯(cuò)判，可采用可見(jiàn)光成像技術(shù)，由于其具有較高的分辨率，可將油污辨別出來(lái)。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(yáng)照射下，照射到海面的光線使得油膜的反射增強(qiáng)。這就使得可見(jiàn)光成像技術(shù)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(zhì)，如水中的各類(lèi)礦物微粒，含鋁、鐵、硅水合氧化物等無(wú)機(jī)物質(zhì)，以及腐殖質(zhì)、蛋白質(zhì)等有機(jī)大分子物質(zhì)。水體中懸浮物濃度是最重要的水質(zhì)參數(shù)之一，其含量直接影響水體透明度、渾濁度、水色等光學(xué)性質(zhì)。水體反射率與水體渾濁度之間存在著密切的相關(guān)關(guān)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(jiàn)光及近紅外波段范圍的反射亮度增加，水體由暗變得越來(lái)越亮，同時(shí)反射峰值波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)（紅移現(xiàn)象），反射峰值本身形態(tài)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(zhǎng)波方向移動(dòng)。受0.93μm～1.13μm紅外強(qiáng)吸收的影響，反射峰值移到0.8μm終止。5.1水環(huán)境遙感發(fā)展趨勢(shì)（1）影像獲取技術(shù)不斷發(fā)展。衛(wèi)星影像向高空間分辨率、高光譜分辨率方向發(fā)展。如遙感集市上的國(guó)產(chǎn)高分?jǐn)?shù)據(jù)，最大精度可達(dá)2米，符合水環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用的精度標(biāo)準(zhǔn)。（2）遙感監(jiān)測(cè)水質(zhì)參數(shù)的模型方法不斷完善。對(duì)水質(zhì)參數(shù)、內(nèi)在光學(xué)特性及表面反射率之間的理論關(guān)系進(jìn)一步研究，使算法不限定于特定的時(shí)間和水域，在遙感數(shù)據(jù)源不能很快得到改進(jìn)的情況下，這是提高監(jiān)測(cè)水質(zhì)準(zhǔn)確性的一個(gè)有效途徑。（3）水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的拓寬。在不斷完善對(duì)葉綠素、懸浮物、溫度等參數(shù)的監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上，有必要發(fā)展對(duì)COD、BOD等重要參數(shù)進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)的理