梁子湖水質(zhì)遙感影像反演模型和時空變化格局研究
發(fā)布時間：2020-12-12 09:31
湖泊是內(nèi)陸水體重要的組成部分,近幾十年來,隨著全球氣候變化和人類活動的影響,全球許多湖泊面臨水質(zhì)下降、水體富營養(yǎng)化和水生態(tài)系統(tǒng)破壞等一系列問題,湖泊水質(zhì)的監(jiān)測對湖泊的管理和治理具有重要的意義。遙感技術(shù)具有快速、范圍廣、成本低等特點,為湖泊水質(zhì)的長期大范圍動態(tài)監(jiān)測提供可能。梁子湖是湖北省面積第二、容水量第一的湖泊,是中國水生生物多樣性最豐富、植被覆蓋率最高的湖泊之一。本文以梁子湖為例,利用LandsatETM+/OLI多光譜數(shù)據(jù)和實測水質(zhì)數(shù)據(jù),構(gòu)建了水質(zhì)遙感監(jiān)測模型,結(jié)合2007-2016年梁子湖水質(zhì)參數(shù)反演結(jié)果,分析了十年來梁子湖水質(zhì)的時空變化格局及主要影響因素。本文主要研究結(jié)果如下:（1）構(gòu)建了多光譜影像水質(zhì)參數(shù)模型。利用Landsat多光譜影像構(gòu)建了梁子湖水體透明度、總懸浮物濃度、葉綠素a濃度、總氮濃度和總磷濃度的遙感反演模型。Landsat藍波段和近紅外波段與水體透明度有很好的相關(guān)性并且近紅外和藍波段的比值能很好地反演水體透明度;Landsat綠波段和藍波段的比值與水體總懸浮濃度有很好的相關(guān)性并能很好地反演水體總懸浮物濃度;Landsat近紅外波段和紅波段的比值與水體葉綠素a濃度...
【文章來源】：武漢大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：155 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
圖２．１梁子湖區(qū)域真彩色影像
影像數(shù)據(jù)包括８個波段（波段設(shè)計），ｂａｎｄ?１?－?ｂａｎｄ?５和ｂａｎｄ?７的空間分辨率為??３０米，ｂａｎｄ?６的空間分辨率為６０米，ｂａｎｄ?８的空間分辨率為１５米，南北的掃??描范圍大約為１７０?ｋｍ，東西的掃描范圍大約為１８３?ｋｍ。圖２．２為有條帶缺失的??梁子湖區(qū)域Ｌａｎｄｓａｔ?７?ＥＴＭ＋影像。??圖２．２?Ｌａｎｄｓａｔ?７?ＥＴＭ＋條帶缺失影像。??ｔ?＊??Ｆｉｇ?２．２?Ｔｈｅ?ｄａｔａ?ｇａｐ?ｏｆ?Ｌａｎｄｓａｔ?７?ＥＴＭ＋?ｉｍａｇｅｓ．??１３??
另外還需要影像區(qū)域的海拔高程、選擇大氣模型、氣溶膠模型。本文ＦＬＡＡＳＨ??大氣校正在ＥＮＶＩ?（Ｔｈｅ?Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ?ｆｏｒ?Ｖｉｓｕａｌｉｚｉｎｇ?Ｉｍａｇｅｓ）遙感圖像處理軟件中??進行，大氣校正前后效果如圖２．３所示。??ａ?ｂ??圖２．３?Ｌａｎｄｓａｔ影像大氣校正前后真彩色圖。（ａ）大氣校正前：（ｂ）大氣校正后。??Ｆｉｇ?２．３?Ｔｈｅ?ｎａｔｕｒａｌ?ｃｏｌｏｒ?ｂａｎｄ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?Ｌａｎｄｓａｔ?ｂｅｆｏｒｅ?ａｎｄ?ａｆｔｅｒ?ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ?ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，?（ａ）?ｂｅｆｏｒｅ??ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ?ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；?（ｂ）?ａｆｔｅｒ?ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ?ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ．??２．３．２梁子湖水體提取??本文米用歸一化差異水體指數(shù)ＮＤＷＩ?（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ?Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ?Ｗａｔｅｒ?Ｉｎｄｅｘ）對??梁子湖水體進行提取，ＮＤＷＩ是基于綠波段和近紅外波段的歸一化比值指數(shù)??（ＭｃＦｅｅｔｅｒｓ，１９９６），其表達式為：??ｎｄｗｉ＾Ｓ；－Ｓ?公式⑷??式中，為綠波段的地表反射率；為近紅外波段的地表反射率。??通過對梁子湖地區(qū)的Ｌａｎｄｓａｔ影像計算ＮＤＷＩ，結(jié)果如圖２．４，然后對ＮＤＷＩ??影像進行二值化和矢量化
【參考文獻】：
期刊論文
[1]3種沉水植物對夏季高溫強光照環(huán)境的生理響應(yīng)[J]. 王亞林,高園園,于丹,劉春花. 水生態(tài)學(xué)雜志. 2015(05)
[2]基于MODIS的海州灣可溶性無機氮濃度遙感監(jiān)測研究[J]. 許勇,張鷹,陳洪全,張東. 海洋科學(xué)進展. 2011(01)
[3]基于MODIS影像估測太湖藍藻暴發(fā)期藻藍素含量[J]. 馬榮華,孔維娟,段洪濤,張壽選. 中國環(huán)境科學(xué). 2009(03)
[4]湖泊水色遙感研究進展[J]. 馬榮華,唐軍武,段洪濤,潘德爐. 湖泊科學(xué). 2009(02)
[5]基于高光譜數(shù)據(jù)和MODIS影像的鄱陽湖懸浮泥沙濃度估算[J]. 劉茜,David G Rossiter. 遙感技術(shù)與應(yīng)用. 2008(01)
[6]水體懸浮泥沙動態(tài)監(jiān)測的遙感反演模型對比分析——以鄱陽湖為例[J]. 陳曉玲,吳忠宜,田禮喬,陳莉瓊,葉藝. 科技導(dǎo)報. 2007(06)
[7]兩種沉水植物黑藻和伊樂藻的種間競爭[J]. 許經(jīng)偉,李偉,劉貴華,張利靜,劉文治. 植物生態(tài)學(xué)報. 2007(01)
[8]環(huán)廈門海域水色變化的多光譜多時相遙感分析[J]. 徐涵秋. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報. 2006(07)
[9]Integrated Evaluation of Ecological Security at Different Scales Using Remote Sensing: A Case Study of Zhongxian County, the Three Gorges Area, China[J]. ZUO Wei1,2, ZHOU Hui-Zhen2, ZHU Xiao-Hua3, WANG Qiao4, WANG Wen-Jie4 and WU Xiu-Qin5 1SinoMaps Press, Beijing 100054 (China). 2 Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008 (China) 3 Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101 (China) 4 China National Environmental Information Center, Beijing 100029 (China) 5 Department of Resource and Environmental Geo-Sciences, Beijing University, Beijing 100871 (China). Pedosphere. 2005(04)
[10]基于反射光譜和模擬MERIS數(shù)據(jù)的太湖懸浮物遙感定量模型[J]. 呂恒,李新國,江南. 湖泊科學(xué). 2005(02)
博士論文
[1]基于軟分類的太湖水體葉綠素a濃度遙感反演與長時間序列分析[D]. 張方方.華東師范大學(xué) 2014
[2]基于流域水生態(tài)承載力的污染物總量控制技術(shù)研究[D]. 王雙玲.武漢大學(xué) 2014
碩士論文
[1]河流水體懸浮物的反射光譜研究[D]. 何成龍.西南交通大學(xué) 2015
[2]東洞庭湖水質(zhì)季節(jié)動態(tài)及成因分析[D]. 曹晨書.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 2012
本文編號：2912291
【文章來源】：武漢大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：155 頁
【學(xué)位級別】：博士
【部分圖文】：
圖２．１梁子湖區(qū)域真彩色影像
影像數(shù)據(jù)包括８個波段（波段設(shè)計），ｂａｎｄ?１?－?ｂａｎｄ?５和ｂａｎｄ?７的空間分辨率為??３０米，ｂａｎｄ?６的空間分辨率為６０米，ｂａｎｄ?８的空間分辨率為１５米，南北的掃??描范圍大約為１７０?ｋｍ，東西的掃描范圍大約為１８３?ｋｍ。圖２．２為有條帶缺失的??梁子湖區(qū)域Ｌａｎｄｓａｔ?７?ＥＴＭ＋影像。??圖２．２?Ｌａｎｄｓａｔ?７?ＥＴＭ＋條帶缺失影像。??ｔ?＊??Ｆｉｇ?２．２?Ｔｈｅ?ｄａｔａ?ｇａｐ?ｏｆ?Ｌａｎｄｓａｔ?７?ＥＴＭ＋?ｉｍａｇｅｓ．??１３??
另外還需要影像區(qū)域的海拔高程、選擇大氣模型、氣溶膠模型。本文ＦＬＡＡＳＨ??大氣校正在ＥＮＶＩ?（Ｔｈｅ?Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ?ｆｏｒ?Ｖｉｓｕａｌｉｚｉｎｇ?Ｉｍａｇｅｓ）遙感圖像處理軟件中??進行，大氣校正前后效果如圖２．３所示。??ａ?ｂ??圖２．３?Ｌａｎｄｓａｔ影像大氣校正前后真彩色圖。（ａ）大氣校正前：（ｂ）大氣校正后。??Ｆｉｇ?２．３?Ｔｈｅ?ｎａｔｕｒａｌ?ｃｏｌｏｒ?ｂａｎｄ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?Ｌａｎｄｓａｔ?ｂｅｆｏｒｅ?ａｎｄ?ａｆｔｅｒ?ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ?ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ，?（ａ）?ｂｅｆｏｒｅ??ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ?ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ；?（ｂ）?ａｆｔｅｒ?ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ?ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ．??２．３．２梁子湖水體提取??本文米用歸一化差異水體指數(shù)ＮＤＷＩ?（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ?Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ?Ｗａｔｅｒ?Ｉｎｄｅｘ）對??梁子湖水體進行提取，ＮＤＷＩ是基于綠波段和近紅外波段的歸一化比值指數(shù)??（ＭｃＦｅｅｔｅｒｓ，１９９６），其表達式為：??ｎｄｗｉ＾Ｓ；－Ｓ?公式⑷??式中，為綠波段的地表反射率；為近紅外波段的地表反射率。??通過對梁子湖地區(qū)的Ｌａｎｄｓａｔ影像計算ＮＤＷＩ，結(jié)果如圖２．４，然后對ＮＤＷＩ??影像進行二值化和矢量化
【參考文獻】：
期刊論文
[1]3種沉水植物對夏季高溫強光照環(huán)境的生理響應(yīng)[J]. 王亞林,高園園,于丹,劉春花. 水生態(tài)學(xué)雜志. 2015(05)
[2]基于MODIS的海州灣可溶性無機氮濃度遙感監(jiān)測研究[J]. 許勇,張鷹,陳洪全,張東. 海洋科學(xué)進展. 2011(01)
[3]基于MODIS影像估測太湖藍藻暴發(fā)期藻藍素含量[J]. 馬榮華,孔維娟,段洪濤,張壽選. 中國環(huán)境科學(xué). 2009(03)
[4]湖泊水色遙感研究進展[J]. 馬榮華,唐軍武,段洪濤,潘德爐. 湖泊科學(xué). 2009(02)
[5]基于高光譜數(shù)據(jù)和MODIS影像的鄱陽湖懸浮泥沙濃度估算[J]. 劉茜,David G Rossiter. 遙感技術(shù)與應(yīng)用. 2008(01)
[6]水體懸浮泥沙動態(tài)監(jiān)測的遙感反演模型對比分析——以鄱陽湖為例[J]. 陳曉玲,吳忠宜,田禮喬,陳莉瓊,葉藝. 科技導(dǎo)報. 2007(06)
[7]兩種沉水植物黑藻和伊樂藻的種間競爭[J]. 許經(jīng)偉,李偉,劉貴華,張利靜,劉文治. 植物生態(tài)學(xué)報. 2007(01)
[8]環(huán)廈門海域水色變化的多光譜多時相遙感分析[J]. 徐涵秋. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報. 2006(07)
[9]Integrated Evaluation of Ecological Security at Different Scales Using Remote Sensing: A Case Study of Zhongxian County, the Three Gorges Area, China[J]. ZUO Wei1,2, ZHOU Hui-Zhen2, ZHU Xiao-Hua3, WANG Qiao4, WANG Wen-Jie4 and WU Xiu-Qin5 1SinoMaps Press, Beijing 100054 (China). 2 Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008 (China) 3 Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101 (China) 4 China National Environmental Information Center, Beijing 100029 (China) 5 Department of Resource and Environmental Geo-Sciences, Beijing University, Beijing 100871 (China). Pedosphere. 2005(04)
[10]基于反射光譜和模擬MERIS數(shù)據(jù)的太湖懸浮物遙感定量模型[J]. 呂恒,李新國,江南. 湖泊科學(xué). 2005(02)
博士論文
[1]基于軟分類的太湖水體葉綠素a濃度遙感反演與長時間序列分析[D]. 張方方.華東師范大學(xué) 2014
[2]基于流域水生態(tài)承載力的污染物總量控制技術(shù)研究[D]. 王雙玲.武漢大學(xué) 2014
碩士論文
[1]河流水體懸浮物的反射光譜研究[D]. 何成龍.西南交通大學(xué) 2015
[2]東洞庭湖水質(zhì)季節(jié)動態(tài)及成因分析[D]. 曹晨書.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 2012
本文編號：2912291
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