PDF《南四湖水体浊度高光谱定量反演模型》

remote sensing;

turbidity;

hyperspectral;

inversion 南四湖位于淮河流域北部, 东、 西、 北三面承接苏、 鲁、 豫、 皖4省32 个县( 市) 的来水, 流域面积

3 1

17 万km2 , 是我 国北方最大的淡水湖, 同时也是南水北调东线工程重要的水 源地和调蓄湖泊, 具有防洪、 排涝、 灌溉、 供水、 养殖、 通航及 旅游等多种功能, 其水质好坏直接影响着/ 一湖清水向北流0 调水目标的实现.2014 年以来, 山东发生严重旱情, 南四湖 水位持续下降, 甚至从六月份开始先后降至死水位和最低生 态水位, 水体自净能力下降, 水体浑浊度增加, 水质恶化, 严 重影响南四湖附近居民的生活和养殖业.全面监测南四湖 水体水质对南水北调东线工程的顺利实施和保障南四湖周 边居民的饮用水安全具有重要意义. 浊度是评价湖泊水质的一个重要指标, 浊度大小直接影 响光在水体中的衰减, 从而影响水体的初级生产力[122] .利 用遥感方法监测湖泊水体浊度具有范围广、 时间短、 成本低 和便于长期进行动态监测的优势, 克服了常规监测手段存在 的费时、 费力、 瞬间性和局部性等缺点[ 324] , 可以对大面积水 #

883 # 生态与环境域进行快速监测.常用的方法有物理方法、 经验方法和半经 验方法, 由于物理方法理论基础还不够完善, 经验方法精度 较低, 所以半经验方法应用最多[ 5] .郭邵萌[ 6] 对东昌湖水体 实测高光谱反射率进行归一化处理, 和浊度进行相关性分 析, 发现浊度与

480 nm 附近归一化光谱反射率呈现较好的 负相关, 与670 nm 附近归一化反射率呈现出较高的正相关, 相关系数达 0. 8;

段洪涛[7] 等对查干湖水体反射率和浊度进 行研究, 发现浊度与

400 ~

900 nm 的波段反射率都呈正相 关, 相关系数在

0 1 4~

0 1

6 之间;

Chen[8] 等研究发现珠江河口 水体

520 nm 处实测光谱反射率和浊度有较好的相关性. 本文通过分析南四湖水体反射光谱特征与浊度之间的 关系, 运用目前湖泊水质反演中常用的原始光谱反射率法、 归一化反射率法、 波段比值法和一阶微分法[ 7,10212,14] , 分别建 立相应的半经验模型, 为今后利用遥感数据对南四湖水体浊 度大面积定量反演提供建模基础.

1 数据获取

2014 年7月22 日至

23 日, 在南四湖布设了

15 个采样 点( 图1) , 测量了水面的反射光谱, 同时对表层水进行取样. 水体浊度用美国哈希 H ACH 浊度仪 1900C 现场测定, 数值 在39

1 5~

338 NTU 之间, 平均值为

147 1

97 NTU, 变化范围 较大.采样期间天空基本无云, 风速较小, 水面平静, 无大面 积蓝藻爆发.光谱测量采用 HR21024( 波段范围为345~

2 5091

9 nm) 地物光谱辐射计, 测量在船上进行, 测量时垂直水 面, 借助白板量测, 仪器自动将水体的向上辐射率转化为水 体的反射率.剔除光谱异常值, 选取

11 个样点分析, 其中

8 个样点用于建模, 剩下

3 个样点用于验证. 图1采样点分布 Fig.

1 Distribution of sampling sites

2 建模与分析 2.

1 光谱特征分析 光谱测量结果见图 2.虽然不同采样点光谱反射率变化 很大, 但都表现出内陆水体的一般特征: 在400~

500 nm 范 围内, 由于叶绿素 a 和黄色物质的强烈吸收, 水体呈较低的 反射率;

560 nm 附近的反射峰是由于叶绿素 a、 胡萝卜素吸 收较弱以及细胞和悬浮物的散射作用形成的;