遥感在水体的应用现状.ppt

遥感在水体方面的应用 以水体污染为主 主讲人 栗俊飞 主要内容 遥感水体应用的基本原理 遥感水体污染的应用现状 研究背景与发展简述 一研究背景与发展简述 随着经济的发展 环境问题日益突出 水体污染是导致生态环境恶化的因素之一 水体污染监测作为水体管理和污染控制的主要手段 发挥了不可替代的作用 然而在大面积水域的监测网点分散 仅依靠现有的监侧台站和传统监测技术方法很难满足一些日益恶化的水体污染所需的实时 快速 宏观 准确的监测要求 也无法全面准确地反映水体的污染状况 不足方面 利用遥感技术进行水体污染监测的机理不仅可以利用其观测范围大 还有被污染水体具有不同于清洁水体的光谱特征 这些光谱特征体现在对特定波长的吸收或反射 而且这些光谱特征能够为遥感器捕获并在遥感图像中体现出来 此外 遥感技术具有成本低 速度快的优点 大范围的水体污染怎么监测呢 水污染遥感监侧除了具有监侧范围广 速度快 成本低 且便于进行长期的动态监侧等优点 还能发现用常规方法往往难以揭示的污染源及其扩散的状态 对大面积范围里发生的水体扩散过程容易通览全貌 观察出污染物的排放源 扩散方向 影响范围及与清沽水混和稀释的特点 为此 近年来 国内外许多学者探索了利用遥感技术监测水污染的技术和方法 二水体遥感的基本原理 1 水体的光谱特征太阳光谱照射到水面 少部分 约占3 5 被反射回空中 大部分入射到水体 入射到水体的光 又大部分被水体吸收 部分被水中悬浮物 泥沙 有机质等 反射 少部分投射到水底 被水体吸收和反射 被悬浮物反射和被水体反射的辐射 部分返回水面 折回到空中 因此遥感器所接收到的辐射就包括水面反射光 悬浮物反射光 水底反射光和天空反射光 由于不同水体的水面性质 水体中悬浮物的性质和含量 水深和水底特征等不同 因而传感器上接收到的反射光谱特征存在差异 为遥感探测水体提供了基础 2 水域界限的确定在可见光范围内 水体的反射率总体上比较低 不超过10 一般为4 5 并随着波长的增加逐渐降低 到0 6 m处约2 3 过了0 75 m 水体几乎成为全吸收体 因此 在近红外的遥感影像上 清澈的水体呈黑色 为区分水路界线 确定地面上有无水体覆盖 应选择近红外波段的影像 3 水温的探测水体的热容量大 在热红外波段有明显特征 白天 水体将太阳辐射能大量地吸收储存 增温比陆地快 在遥感影像上表现为热红外辐射低 呈暗色调 夜间 水温比周围地物温度高 发射辐射强 在热红外影像上呈高辐射区 为浅色调 因此 夜间热红外影像可用于寻找泉水 特别是温泉 根据热红外传感器的温度定标 可在热红外影像上反演出水体的温度 水污染分类 三 遥感在水体的应用现状 1 石油污染海上或港口的石油污染是一种常见的水体污染 探测石油污染的方法有很多 一种是利用0 3 0 4 m波段探测 因为石油在这一波段反射较弱 在紫外像片上油膜呈白色调 在可见光的蓝色范围 石油反射率较海水高 还有闪烁现象 油污的伪彩色密度分割片能很清楚的显示排油源和油污范围 在水面测定油污厚度后还可估计油污量 在热红外像片上 油膜呈深色调 据此也可测定油污 2010年4月20日 墨西哥湾的一座美国钻井平台发生爆炸 造成的石油泄漏 2 水体热污染例如发电厂排出的热水 经过冷却湖回抽冷却 使发电机降温 热水又重新排出电厂 这种循环用水的冷却湖经常需要测量湖水温度 以便控制装机容量及发电量 用8 14 m波段的热红外扫描仪进行航空遥感 热红外图像可显示出热污染排放 流向和温度分布的情形 经过密度分割处理 根据少量的同步实测湖水温度 就可确切的绘出湖水等温线 如果有连续的几次热红外影像 还能求出热水扩散的综合扩散系数 日本福岛 3 废水污染废水由于水色与悬浮物性状千差万别 特征曲线上的反射峰位置和强度也不一样 废水污染一般用多光谱合成图像进行监测 有些污水和清洁水温度也不一样 可以用热红外方法测定 例如 酸 碱水 农药污水的在近红外假彩色片上都有淡蓝色的显示 沿着河流拍摄航空假彩色像片 很容易发现污染源 凡是向河流排出污水的工厂 污水未经处理净化立刻可以被发现 根据污水与河水掺混 扩散的情况 还可以估算污水量 4 水体富营养化生物体所需的磷 氧 钾等营养物质在湖泊 河口 海湾等缓流水体中大量富集 引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖 水体溶解氧含量下降 水质恶化 鱼类及其他生物大量死亡的现象叫做水体富营养化 当水体出现富营养化时 由于浮游植物导致水中的叶绿素增加 使富营养化的水体反射光谱特征发生变化 1 水体叶绿素浓度增加 蓝光波段的反射率下降 绿光波段的反射率增高 2 水面叶绿素和浮游生物浓度高时 近红外波段仍存在一定的反射率 5 泥沙污染泥沙污染一是指含沙量 二是指泥沙颗粒吸附有微量有害元素 定量判读悬浮泥沙浓度的最佳波段应在0 65