河流是地球水文循環(huán)的關鍵組成部分,流域水環(huán)境狀況是評價區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能的重要依據(jù),與人類生活和社會發(fā)展關系密切。因此,隨著經濟社會的發(fā)展,流域水環(huán)境監(jiān)測的重要性凸顯,它能夠為水資源管理和社會經濟發(fā)展決策提供重要依據(jù)。然而,傳統(tǒng)的地面監(jiān)測方法費時、耗力,且時空覆蓋范圍非常有限,不利于大范圍、連續(xù)監(jiān)測。隨著對地觀測技術的發(fā)展,遙感在水環(huán)境監(jiān)測中的重要作用日益彰顯,利用遙感技術進行水環(huán)境監(jiān)測成為熱點方向。本研究選擇具有獨特地理特征的高原河流雅魯藏布江和以河流含沙量高著稱的黃河河口為研究區(qū)域,針對有實地調查資料和缺乏充分實測資料的兩種遙感水環(huán)境監(jiān)測情景,結合多時相、中高分辨率的多源遙感數(shù)據(jù),分別構建半經驗反演模型和自組織特征提取模型,探討了兩種不同的流域水環(huán)境遙感監(jiān)測模式,并構建了長時序監(jiān)測模型,重點對高原高寒區(qū)河流的長時序遙感監(jiān)測模型進行了探索,為全球變化背景下水環(huán)境監(jiān)測與水資源管理提供重要信息支撐。本文的主要研究成果包含以下幾點:(1)高原高寒河流水體光譜曲線在580-700nm、750nm、810nm附近出現(xiàn)反射峰谷,低于450nm的藍波段、650-870nm的紅波段和近紅外波段對水環(huán)境參量渾濁度較為敏感,550-580nm附近的綠波段最不敏感,構建水環(huán)境遙感監(jiān)測模型時應當優(yōu)先考慮這些波段。(2)基于哨兵2A數(shù)據(jù)構建了多種水環(huán)境參數(shù)反演模型,通過優(yōu)化對比發(fā)現(xiàn),紅綠波段比值、紅邊波段與綠波段比值模型反演效果較好。其中紅綠波段比值的冪函數(shù)模型精度較高、結果穩(wěn)定、適用性強,且能夠拓展至Landsat系列數(shù)據(jù),適合用于長時序水環(huán)境遙感監(jiān)測。(3)利用2007-2017年的Landsat和哨兵二號遙感數(shù)據(jù),反演并分析雅魯藏布江中游水體渾濁度。結果表明,雅江中游渾濁度在十年間整體呈波動下降趨勢,年內變化具有明顯的季節(jié)特征,豐水期和枯水期渾濁度差異顯著,6-9月渾濁度較高;不同河段豐水期渾濁度差異較大,中游上段和下段渾濁度較低,中段渾濁度較高,枯水期渾濁差異較小。(4)針對部分研究中缺乏地面調查資料的情況,提出了構建自組織神經網絡(SOM)模型,從長時序遙感影像中提取水環(huán)境特征典型模式,作為經驗模型的輔助。以黃河河口區(qū)突出的渾濁特征為研究對象,SOM模型提取出2000-2015年渾濁水體典型分布模式。研究發(fā)現(xiàn)近15年來渾濁度整體呈現(xiàn)降低趨勢,年內變化具有明顯季節(jié)特征,冬春季渾濁度較高,夏秋季渾濁度較低。比較驗證結果表明,SOM模型提取的典型特征與經驗模型反演結果相一致,說明SOM模型提取水環(huán)境模式的方法可靠,能夠在缺乏充分實測光譜數(shù)據(jù)時,作為經驗模型監(jiān)測的重要補充�？傊�,遙感技術在流域水環(huán)境監(jiān)測中具有不可比擬的優(yōu)勢,隨著遙感傳感器空間分辨率與光譜分辨率的提高,遙感對地觀測技術將會發(fā)揮更大的作用,是綜合評價區(qū)域水環(huán)境狀況和生態(tài)系統(tǒng)必不可少的重要手段。
【學位單位】：中國科學院大學(中國科學院遙感與數(shù)字地球研究所)
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：X52;X87
【部分圖文】：

技術路線圖

圖 2.1 水體輻射傳輸過程[38]般是指水體在可見光和近紅外波段的光譜特性。將水體分為一類水體和二類水體。一類水體光學以開闊大洋為主；二類水體光學特性還受到各種和特點更加復雜[39]，主要包含河口、海岸帶等近岸。水體光學特性主要取決于水中各種光學活性物由于水中所含雜質種類和濃度的差異，直接造成等固有光學量的差異，表現(xiàn)在遙感水環(huán)境監(jiān)測中輻射參數(shù)改變[40]。學特性與光照條件無關，主要為吸收系數(shù) a 和散水和各種物質組分的影響，表現(xiàn)為各部分吸收系 a（Chl-a）、懸浮物質（TSM）和有色溶解有機

， 0為地球大氣層外的太陽輻照度， 為遙感數(shù)據(jù)獲取時的太陽量透過大氣-水體界面的透射率，K 為不受波長和太陽天頂角，遙感器接收到的離水輻射可以表示為水中葉綠素 a、懸浮物物濃度的函數(shù)，即 = ( , , )。光譜特征反射光譜屬于弱信號，反射率相比植被、陸地均較低。對于反射率相對較高，約為 5%，大于 600nm 后的紅波段部分反段水體反射率幾乎為零，入水輻射能量幾乎全部被吸收。圖組分光譜吸收系數(shù)曲線表明，由于葉綠素、懸浮泥沙和有色溶吸收系數(shù)存在差異，不同物質主導下的水體光譜曲線必然不征波段區(qū)分水體組分對反射率的貢獻，反演其濃度。
【參考文獻】

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本文編號：2889232