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半干旱区内陆湖泊透明度高光谱估测模型研究——以松嫩平原查干湖为例

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水科学进展 2006年第6期17卷 790-796页

作者：宋开山张柏王宗明段洪涛张渊智李方中国科学院东北地理与农业生态研究所吉林长春130012

通过实测查干湖高光谱数据,建立透明度(Secchi Disk Depth,SDD)单波段估测模型、比值估测模型以及神经网络高光谱估测模型,并以确定性系数R2以及剩余残差RMSE为指标进行了验证。通过对单波段估测模型和比值估测模型进行比较发现,单波段... 详细信息

通过实测查干湖高光谱数据,建立透明度(Secchi Disk Depth,SDD)单波段估测模型、比值估测模型以及神经网络高光谱估测模型,并以确定性系数R2以及剩余残差RMSE为指标进行了验证。通过对单波段估测模型和比值估测模型进行比较发现,单波段模型估测结果与比值模型相差无几,而水体透明度经对数处理有利于模型精度提高,但是神经网络模型是三者中最优的。查干湖透明度高光谱定量估测模型的建立,有利于今后利用遥感影像,对查干湖水体透明度进行全面估测,对于研究和监测查干湖水体水质状况有重要意义。

关键词：半干旱区内陆湖泊透明度高光谱查干湖

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内陆湖泊的水质遥感监测研究

地球科学进展 2005年第2期20卷 185-192页

作者：吕恒江南李新国中国科学院南京地理与湖泊研究所

介绍了内陆湖泊水质遥感监测的特点及遥感监测水质的机理,总结了国内外近年来用于内陆湖泊水质参数反演的 3种常用方法:经验模型、生物光学模型和神经网络模型,并分析了 3种模型的优缺点;同时指出了影响内陆湖泊水质遥感监测精度的关键... 详细信息

介绍了内陆湖泊水质遥感监测的特点及遥感监测水质的机理,总结了国内外近年来用于内陆湖泊水质参数反演的 3种常用方法:经验模型、生物光学模型和神经网络模型,并分析了 3种模型的优缺点;同时指出了影响内陆湖泊水质遥感监测精度的关键因素;提出了内陆湖泊水质遥感监测研究重点和方向。

关键词：内陆湖泊水质监测遥感

内陆湖泊水深测量的几何内插法与遥感反演法的对比研究

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测绘科学 2014年第2期39卷 150-153页

作者：张建新吴浩袁凌云冷永辉戴健钊武汉理工大学资源与环境工程学院武汉430070

本文对东湖水域分别采用几何内插模型和遥感统计相关模型进行水深反演,重点对比分析2种方法在不同水深区间上计算精度的差异性,明确它们各自在水深测量中的有效阈值。通过精度对比分析,得出在4m以上的浅水区遥感反演法的精度高于几何内... 详细信息

本文对东湖水域分别采用几何内插模型和遥感统计相关模型进行水深反演,重点对比分析2种方法在不同水深区间上计算精度的差异性,明确它们各自在水深测量中的有效阈值。通过精度对比分析,得出在4m以上的浅水区遥感反演法的精度高于几何内插法,在4m以下的深水区几何内插法的精度高于遥感反演法的结论。

关键词：内陆湖泊水深测量遥感反演几何内插精度对比

西北典型内陆湖泊近40年来的演化特点及机制分析

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干旱区资源与环境 2005年第5期19卷 93-96页

作者：高华中贾玉连南京大学城市与资源学系

利用40年来的实测数据研究揭示了西北典型内陆湖泊的演化特点及机制。研究表明:赛里木湖气候向暖湿转变,降水逐渐增加,处于湖面稳定扩张阶段;青海湖降水无明显变化,入湖地表径流却逐年减少,湖泊处于持续萎缩阶段;察尔汗盐湖,入湖水量少... 详细信息

利用40年来的实测数据研究揭示了西北典型内陆湖泊的演化特点及机制。研究表明:赛里木湖气候向暖湿转变,降水逐渐增加,处于湖面稳定扩张阶段;青海湖降水无明显变化,入湖地表径流却逐年减少,湖泊处于持续萎缩阶段;察尔汗盐湖,入湖水量少,湖面蒸发量大,处于干涸、半干涸状态,更容易萎缩。影响湖泊演化的因子主要是气候变化及人类活动。

关键词：西北地区内陆湖泊演化机制

内陆湖泊可溶性有机碳（DOC）浓度光学估算方法研究

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内陆湖泊可溶性有机碳（DOC）浓度光学估算方法研究

作者：王艳楠南京师范大学

学位级别：硕士

碳是生态系统中最大的生源要素,有机碳是有机物的主要成分,是生态系统物质和能量存储的主要形式,溶解性有机碳（DOC）是水体中最大的有机碳储库,与大气中的碳储量相当,在水体碳循环中起着重要的作用。研究湖泊中的DOC的浓度、时空分布... 详细信息

碳是生态系统中最大的生源要素,有机碳是有机物的主要成分,是生态系统物质和能量存储的主要形式,溶解性有机碳（DOC）是水体中最大的有机碳储库,与大气中的碳储量相当,在水体碳循环中起着重要的作用。研究湖泊中的DOC的浓度、时空分布对于研究溶解性物质对UV-B辐射的衰减、内陆水体碳、碳的地球化学循环等方面具有重要的意义。本研究以太湖和巢湖为研究对象,在野外观测和室内分析的基础上,分析内陆湖泊水体DOC来源与CDOM荧光特征变化响应规律,探讨分析了水体中CDOM荧光特性与吸收特征的共变规律。在此基础上,提出了基于CDOM光学特征的DOC不同来源水体分类方法,针对每一类水体分别构建DOC浓度的光学估算模型。本论文研究得出的结论主要包括以下几个方面:（1）利用平行因子分析法将太湖和巢湖CDOM三维荧光矩阵分解为4个组分,其中包括3个类腐殖质组分和1个类蛋白组分,腐殖质组分中主要包括峰值A紫外光类腐殖质、峰值C可见光类腐殖质,以及峰值M海洋类腐殖质;类蛋白组分包括峰值T类色氨酸。受入湖河流影响较大的湖区其CDOM荧光强度和腐殖质所占比例均大于受外源影响较小的湖心开敞区。研究结果表明CDOM的荧光强度与吸收系数有较好的相关性,其中荧光强度与CDOM吸收系数acdom（355）呈正相关关系（R2=0.62）。CDOM吸收系数曲线的形状可指示CDOM的组成成分,利用光谱微分技术对CDOM的吸收系数曲线进行分段拟合,CDOM吸收曲线斜率比值S260-290/S240-260与CDOM中腐殖质所占比例具有很好的相关性（R2=0.66）。（2）根据CDOM吸收曲线斜率S260-290/S240-260可将内陆湖泊水体分为两类:S260-290/S240-260小于1.1为类型一水体,DOC的来源主要以内源生物作用为主,DOC浓度与叶绿素具有较好的相关性;S260-290/S240-260大于1.1为类型二水体,该类水体DOC来源以外源为主,CDOM中类腐殖质含量较高。两类水体DOC浓度可用CDOM吸收系数acdom（355）或acd。m（412）来估算:类型一水体的模型决定系数R2都在0.85以上,平均相对误差MAPE均低于15.15%,均方根误差RMSE均在0.56mg/L以内,较分类之前模型的DOC浓度估算精度有了显著提高;类型二水体DOC浓度与acdom（355）和acdom（412）模型的R2均大于0.66,MAPE小于11.31%,RMSE都在0.54 mg/L以内,较分类之前模型的DOC浓度估算精度也有明显的提高,说明分类建模的方法可以有效地提高内陆湖泊水体DOC浓度的估算精度。（3）利用随机森林回归算法建立了基于遥感反射率的水体分类方法,通过遥感反射率对CDOM吸收曲线斜率比值S260-290/S240-260进行估算,可将水体分为以DOC来源内源生物作用为主的水体类型一和DOC来源受外源影响大的水体类型二。针对不同类型水体,构建了基于遥感反射率比值Rrs（710）/Rrs（560）的DOC浓度遥感估算模型,独立验证数据表明估算模型的RMSE为0.89mg/L,MAPE为20.4%,这说明利用本文基于不同DOC来源分别估算水体中DOC浓度的方法能够较好地估算我国内陆湖泊的DOC浓度。

关键词：可溶性有机碳(DOC) 内陆湖泊三维荧光水体分类遥感估算

内陆湖泊颗粒有机碳（POC）浓度遥感定量反演模型研究

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内陆湖泊颗粒有机碳（POC）浓度遥感定量反演模型研究

作者：张杰南京师范大学

学位级别：硕士

碳作为主要的生源要素,是决定水域生物资源可持续利用最关键的生态学要素之一,碳在海洋与湖泊中的行为及由碳引导的生物泵过程又在一定程度上决定了全球及区域性气候变化的趋势。颗粒有机碳虽然占总碳很小部分,但由于其沉降作用决定了PO... 详细信息

碳作为主要的生源要素,是决定水域生物资源可持续利用最关键的生态学要素之一,碳在海洋与湖泊中的行为及由碳引导的生物泵过程又在一定程度上决定了全球及区域性气候变化的趋势。颗粒有机碳虽然占总碳很小部分,但由于其沉降作用决定了POC在固碳及向下运输相关元素方面扮演着重要角色,具有生物泵的功能。遥感作为一种技术手段,能够快速、宏观的监测颗粒有机碳浓度时空变化。目前大洋水体颗粒有机碳(POC)反演模型较为成熟,但内陆水体颗粒有机碳遥感反演研究相对较少,所以研究内陆水体颗粒有机碳遥感反演算法对利用遥感手段宏观监测内陆水体POC时空变化情况有十分重要的意义。本文主要利用太湖、洞庭湖野外实测数据(88个实测数据),构建了内陆湖泊颗粒有机碳的遥感反演模型,包括经验模型及半分析模型,并利用2013年MODIS卫星影像数据对太湖地区POC浓度时空变化情况进行了分析,主要研究内容和结论可以概括4个方面。(1)简单经验反演模型的构建。首先利用内陆湖泊实测数据对大洋水体POC遥感反演方法进行了验证,发现大洋水体POC遥感反演算法在内陆水体并不适用,因此构建了适用于我国内陆湖泊的POC经验估算模型。构建的三种经验模型中,基于825nm和550nm的比值模型具有最好的反演效果,模型MAPE为33%,RMSE为0.73mg/L。(2)分类后反演模型的构建。研究发现内陆湖泊水体颗粒有机碳的主要来源为非色素颗粒有机物和色素颗粒物,二者比例差异导致了估算精度的差异。为了进一步提高POC反演算法的精度,首先根据光学特征对水体进行分类,利用构建的NDT指数(NDT=0.4*Rrs(705)+0.68Rrs(655)-Rrs(675))与色素颗粒物吸收系数与总悬浮物吸收系数的比值(aph/atsm)之间较好的相关性,最终将水体分为色素颗粒物主导(NDT>0.45)和非色素颗粒物主导水体(NDT<0.45),并针对不同类型的水体分别构建了POC反演模型,有效的提高了反演精度。其中非色素颗粒物主导水体的POC浓度可以用833nm和529nm的遥感反射率组合估算,模型RMSE为0.71mg/L,MAPE为25%;色素颗粒物主导水体的POC浓度可以用825nm及550nm波段比值进行估算,模型RMSE为0.63mg/L, MAPE为28%。分类反演精度比简单经验模型得到显著提高。(3)半分析模型的构建。由于经验模型较大的依赖实验数据集,为了使得模型更具通用性,在分析水体光学特征的基础上进一步发展了POC遥感反演的半分析模型。在结合大量的吸收系数的数据集情况下,发现非色素颗粒物吸收与POC有着极好的关联,并从总吸收中成功分离出非色素颗粒物的吸收,最终构建了基于510nmm、670nmm和750nmm的三波段半分析模型,模型MAPE为22%,RMSE为0.63mg/L。相对于经验模型而言,半分析模型的反演精度有很大提高,并具备更优异的普适性和稳定性。(4)模型应用的实例展示。根据MODIS卫星数据的波段特点,选取已构建的经验模型对模型的参数进行率定,使其适用于MODIS卫星影像数据。并利用MODIS数据研究分析了2013年太湖地区POC季节性变化及月变化。结果表明2013年POC的季节性变化和月变化都十分明显：从季节变化来看,春季至夏季POC浓度逐渐递减,反之,夏季至冬季POC浓度逐渐递增;从月变化来看,三个湖湾(竺山湾、贡湖湾、梅梁湾)及东太湖区域POC浓度月变化相对较小,常年相对较为稳定;湖心区、西北及西南湖区POC月变化显著,由1月至7月的持续递减再到7月至12月的持续递增,呈显著的V字型。

关键词：内陆湖泊遥感反演经验模型半分析模型颗粒有机碳(POC)

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内陆湖泊蓝藻水华的遥感监测与评价研究

内陆湖泊蓝藻水华的遥感监测与评价研究

作者：刘文杰中国地质大学（北京）

学位级别：硕士

近年来，我国内陆水体富营养化程度日益严重，导致蓝藻水华大规模爆发，水华的监测成了水质治理的重要工作之一。传统水华监测使用船舶巡航监测，对于大面积湖泊，无法全面、及时的掌握水华的爆发情况，而遥感监测技术具备监测范围广、... 详细信息

近年来，我国内陆水体富营养化程度日益严重，导致蓝藻水华大规模爆发，水华的监测成了水质治理的重要工作之一。传统水华监测使用船舶巡航监测，对于大面积湖泊，无法全面、及时的掌握水华的爆发情况，而遥感监测技术具备监测范围广、时间分辨率高、人力物力成本低的特点，成为水华监测的主要手段。本文在地面实测水华水体光谱特征实验的基础上，结合现有卫星数据以及实际监测特点，选取NDVI作为水华提取的主要方法，并通过大气校正、辐射校正、感兴趣区提取等提高水华提取精度;选取了太湖水域2009年012年不间断遥感监测数据，分析太湖地区水华的时空演变规律;结合地面监测站实测的水质参数和气象参数，分析影响蓝藻水华爆发的因素。本文的主要研究成果及结论如下： (1)在结合蓝藻水华光谱分析的基础上，选取NDVI作为HJ-CCD、MODIS数据的水华提取模型，并通过大气校正、辐射校正、几何观测校正、感兴趣区分析、水华阈值分析等方法来提高水华提取精度，并对水华提取结果进行分级处理。 (2)以太湖为例，选取2009年012年遥感监测数据，分析表明年际间水华的分布演变规律大致相同，太湖地区水华起始于太湖西部沿岸北部区域，并呈现由北至南、由西向东的扩散规律，水华发生频率、持续时间也遵循这个规律。水华的分布面积、爆发频率随着时间的推移呈现先增加后减少的趋势。 (3)水温是影响藻密度和水华爆发的主要因素，15℃时蓝藻开始繁殖，大于30℃抑制繁殖，水温影响的是水华爆发的整体情况;风向主要影响水华的分布，风速则主要影响水华的扩散程度，2m/s时适于水华扩大，超过4m/s时抑制水华的扩散;水位增加时水华爆发受抑制，水位减少过程中易爆发大面积水华，水位在较低位稳定时水华发生频率较高;叶绿素a与藻密度呈强相关性，藻密度与水华面积相关，但误差影响因素较大;总氮总磷是影响藻类繁殖的主要营养盐，藻类繁殖与总氮总磷的浓度变化之间存在一个响应时间差;PH值的改变受藻类繁殖规模的影响，藻类的繁殖产生分泌物改变了水体中的固有PH值。

关键词：蓝藻水华遥感监测时空分布气象因子水质因子内陆湖泊

基于ESTARFM的内陆湖泊遥感动态变化监测

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国土资源遥感 2020年第3期32卷 183-190页

作者：程筱茜洪友堂陈劲松叶宝莹中国地质大学(北京)土地科学技术学院北京100083

在进行长时间湖泊水体面积遥感动态变化监测研究时,常出现数据缺失问题。利用改进型时空自适应反射率模型(enhanced spatial and temporal adaptive reference fusion model,ESTARFM)对缺失的遥感影像进行数据填补。结合MODIS数据模拟... 详细信息

在进行长时间湖泊水体面积遥感动态变化监测研究时,常出现数据缺失问题。利用改进型时空自适应反射率模型(enhanced spatial and temporal adaptive reference fusion model,ESTARFM)对缺失的遥感影像进行数据填补。结合MODIS数据模拟内蒙古红碱淖研究区2000年以后缺失的Landsat影像,在此基础上,利用水体指数法实现湖泊的面积和岸线的定量提取,从而实现了长时间湖泊水体遥感动态变化监测。结果表明:通过ESTARFM模型生成的MODIS和Landsat融合影像效果理想,有效解决了2000年以后Landsat影像缺失的问题;加入了融合影像的时序影像在进行水体动态变化监测时,更加细节地反映水体变化情况,有助于后续的分析研究;通过对红碱淖的长时间遥感动态变化监测,发现湖泊总体呈现出萎缩状态,具体可分为稳定、持续萎缩和增长3个阶段。

关键词： ESTARFM 内陆湖泊动态变化水体指数法红碱淖

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内陆湖泊湖流纹理分析及提取研究

内陆湖泊湖流纹理分析及提取研究

作者：彭文杰江西理工大学

学位级别：硕士

湖泊是大自然中的重要组成部分,维持了各地区的生态平衡并对人类生存与发展提供广泛的资源和空间,而湖流作为湖泊内重要的地理现象,其直接作用于湖内物质的交换,时刻影响着湖泊及其周边区域的生态环境和社会发展,若能掌握湖泊的流向信息... 详细信息

湖泊是大自然中的重要组成部分,维持了各地区的生态平衡并对人类生存与发展提供广泛的资源和空间,而湖流作为湖泊内重要的地理现象,其直接作用于湖内物质的交换,时刻影响着湖泊及其周边区域的生态环境和社会发展,若能掌握湖泊的流向信息,能为环境监测和水路运输提供较大的帮助。传统的现场测量法受野外复杂地形地貌限制、交通可达性较差、人力物力成本较高;水动力模拟法的模型构建和运行时间较长且时效性不足;而当前遥感监测法大部分是基于追踪剂来进行水动力的研究,缺乏对影像中湖流纹理的深入分析;对此,本文提出一种基于影像纹理提取湖流流态信息的方法。本文以鄱阳湖、洞庭湖、太湖为研究区域,结合多时相数据并通过Tamura纹理特征值和灰度共生矩阵(GLCM)对湖流纹理进行分析统计。结果显示,内陆湖泊的湖流在影像中体现出一定的视觉特性;通过计算湖流在不同分辨率影像中的Tamura特征值后发现,粗糙度、线性度与分辨率有一定的相关性,而对比度和方向度则受影像分辨率的影响较小,Landsat8较适合湖流的纹理提取;对于不同湖泊,洞庭湖和鄱阳湖的Tamura纹理特征值相似,而太湖的糙度、方向度以及线性度要低于前两者,其湖流纹理的显著性较低。其次本文再通过GLCM分析了纹理的方向性,以季度为时间单位分析不同区域的GLCM特征值变化规律,结果表明,湖流纹理具有一定的季节性特征,主要表现为水情、地形等各种环境因素的变化导致湖流纹理发生改变。结合上文中纹理分析的结果,本文通过Laws算法、LBP算法和Gabor滤波对影像纹理进行增强处理,并基于GLCM特征值分析各方法的特点,结果表明,三种方法均能在不同方面上增强影像的纹理信息,Gabor滤波可以提升能量并降低熵值;Laws算法显著提升了灰度相关性;LBP算子会提高图像的熵值。进行纹理增强后本文通过霍夫变换对湖流信息进行提取,并结合多源数据和实测流向对比上述三种方法的效果,结果显示,对于不同数据源,Gabor滤波具有较稳定的特性,Laws算法适合中分辨率的影像而LBP算法则适合高分辨率的影像。基于Landsat8影像提取的流向中,Gabor滤波、Laws、LBP提取流向的平均相对误差分别为0.0279、0.0387、0.0592,均方根误差分别为17.58°、29.64°、38.89°,可以得出,Gabor滤波纹理增强后提取的流向精度较高,其次是Laws算法,LBP算子则最低。最后通过Gabor滤波对太湖、鄱阳湖、洞庭湖的影像数据进行处理并提取其湖流流向,分析一年四季中各个湖泊的流向分布情况。结果显示,各个湖泊流向都具备一定的季节性特点,鄱阳湖和洞庭湖主要体现在因季节变更导致水位发生变化,从而影响流向,太湖流向则受季节风向的影响较大。除此之外,本文还分析不同因素作用下湖流流向的变化情况,结果显示,自然作用会对湖泊的流向产生改变,主要体现在地形和水位的变化以及水生植物上,人类活动也会极大扰乱原本湖泊的水动力状态。综上表明,针对内陆湖泊,本文方法可以较好的提取出水体的流向,具有一定的理论和使用价值。

关键词：遥感内陆湖泊纹理分析湖流流向提取