环境遥感技术及应用（田静毅）水环境遥感

水环境遥感在水资源监测中，实测数据必不可少。但是，仅通过这些水文观测点得到的数据并不能得到我们所需要的区域水资源分布图。实际上，利用个别点的观测信息很难得到水资源的空间分布信息。在某些地区，水资源状况的实地测量根本无法进行。在这种情况下，遥感以其实时、高效、数据量大、观测范围广的优点在水资源监测中发挥了重要的作用。随着多传感器、多光谱遥感的发展和应用，结合地面实测数据，遥感在河流湖泊动态监测、冰雪覆盖、地下水监测、水质监测、土壤水分等水资源监测方面发挥巨大作用，成为研究水文循环、进行水资源有效监测和管理的重要手段。遥感在水文水资源方面的应用，包括水资源的调查、流域规划、水域面积分布及变化、径流估算、水深、水温、冰雪覆盖、土壤水分监测、冰雪监测、河口海岸带及浅海地形调查、海洋调查研究等方面。特别是在人类足迹难以到达的荒凉地区，遥感技术可成为水文、水资源调查的有效手段。例如，我国青藏高原在以往300年来先后经历了150多次探险考察，曾查出500多个湖泊，而近年来采用航空像片、卫星图像判读，不仅对这些湖泊的面积、形状进行了修正定位，而且还补充了地面考察或地图上未标明的300多个湖泊。另外，红外遥感图像在识别含水层、判断充水断层、查明富水地段位置方面是很有利的。例如，美国在夏威夷群岛，利用红外遥感发现了200多处地下淡水出露点，从而解决了该岛对淡水的需求。利用遥感图像可进行海岸带岸线测量、河口及近岸悬浮泥沙迁移，以及海洋环境监测，诸如海水温度、盐度、水深、洋流、波浪、潮沙等海洋诸要素的测量，对海洋的开发具有重要意义。遥感图像可提供大尺度、现实性强、多层次、全天候、客观逼真的丰富信息，为海洋研究及指导海洋渔业生产提供了基础。水文要素遥感研究水位-面积和流域界定水深探测水温探测径流估算2.水域变化监测河流、水系变化湖泊演变河口三角洲演变海岸带演变3.水体污染监测利用遥感技术能迅速、同步地监测大范围水环境质量状况及其动态变化，在这些方面弥补了常规监测手段的不足，因此引起许多环境科学工作者的重视。近些年来出现了“水质遥感”和“污染遥感”研究课题，它们分别对自然水体和污染水体的水质（或污染物）进行遥感研究。就精度而言，遥感方法通常低于常规监测方法，但遥感技术正是通过这种精度上的损失，换取了水环境研究的区域性、动态性和同步性，这正是把遥感技术应用于水环境研究的意义所在。从原理上说，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。利用遥感技术研究水环境化学包括定性和定量两种方法。定性遥感方法是通过分析遥感图像的色调（或颜色）特征或异常对水环境化学现象进行分析评价的，这往往需要了解水环境化学现象与遥感图像的色调（或颜色）之间的关系，建立图像解译标志。定量遥感方法建立在定性方法的基础之上，为了消除随机因素的影响，通常需要获得与遥感成像同步（或准同步）的实测数据，以标定定量数学模型。在江河湖海各种水体中，污染物种类繁多。为了便于用遥感方法研究各种水污染，习惯上将其分为富营养化、悬浮泥沙、石油污染、废水污染、热污染和固体漂浮物等几种类型，表6-2列举了各种污染水体在遥感影像上的特征。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MSS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水体富营养化遥感监测的可行性对于富营养化的两个不同阶段——藻类大量繁殖阶段和藻类大量死亡分解阶段（耗氧阶段），水体有不同的光谱特征。由于浮游植物中的叶绿素对近红外光具有明显的“陡坡效应”，因而这种水体兼有水体和植物的光谱特征——在红光区特别是在近红外区具有高的反射率。因此，在赤潮发生时，水体在彩色红外像片上（或标准假彩色图像上）呈现红色斑块，在彩色红外图像上，富营养化水体呈红褐色或紫红色；当藻类大量死亡后，水中含有丰富的消光性有机分解物，在上述两种图像上水体会呈现近于蓝黑的暗色调。当然，富营养化的这两个阶段不是截然分开的，因此图像上有时会呈现综合特征。

沿岸水域的云雾状影像可能是悬浮固体及微小浮游生物的向后散射共同作用的结果。因为沿岸水域带来的悬浮固体及其他营养物和污染物，这些会引起沿岸水域表层微小浮游生物迅速繁殖，所以沿岸水域的悬浮固体和微小浮游生物的浓度都比外海大，沿岸水域后向散射光谱在可见光及近红外谱段的辐射量比外海大，在影像上反映就亮一些。在可见光谱段的假彩色影像就更清楚了。在AVHRR可见光谱段，水体表现为一片漆黑，当海洋水体中浮游生物和悬浮固体浓度增加，使海洋水体向后散射光增加，但是增加得很小，在影像上水体还是黑暗的。只有发生藻华现象时（高浓度的颗石藻在成熟死亡过程中与藻层即碳酸钙层脱离，其骨架自由悬浮在水中）会造成水体反射率增加，在影像上表现为发亮的高反射率影像。暖流在这个过程中起了促进作用，即加速了过程的进行。由于水体富营养化及赤潮的发生，海面浮游植物大量繁殖和生长，蓝、绿光被吸收，而红光和近红外则有强烈的反射，而偏离了正常的浮游植物的反射波谱，表现出强烈的吸收和反射特性。因此，赤潮发生时，在蓝、绿波段表现吸收特性，在红光区的0.69~0.72

m和橙光区0.59~0.62

m处有很高的反射峰。可以通过多波段传感器的可见光和红外的增强彩色影像，发现赤潮的存在，受其影响的沿岸或港湾水域在此类影像中以鲜明的橙红色显示出来。对于富营养化信息的提取，可以通过现场叶绿素生物量和蓝藻生物量数据采样，并用采样数据与特定的遥感数据（TM或AVHRR）反映的水体绿度指数，建立遥感回归模型，从而可得出水体中叶绿素及生物量的空间分布信息，并计算出叶绿素及蓝藻生物总量，可达到较高精度，由此发现和监测水体富营养化。（3）叶绿素浓度信息提取方法水中叶绿素浓度是浮游生物分布的指标，是衡量水体初级生产力（水生植物的生物量）和富营养化作用的最基本的指标。它与水体光谱响应间关系的研究是十分重要的。当然，这种指示