太湖黑水團水體光學(xué)特性及遙感監(jiān)測研究.pdf

1、黑水團是水體富營養(yǎng)化的一種極端表現(xiàn)，是富營養(yǎng)化湖泊中藻類大量集聚死亡后形成的黑褐色水體，黑水團的出現(xiàn)導(dǎo)致水體水質(zhì)迅速惡化，生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞。目前對于黑水團的監(jiān)測主要依靠人工巡查，難以掌握整個湖泊黑水團的發(fā)生時間和空間分布情況。黑水團形成過程中，其水體組分和濃度發(fā)生變化，導(dǎo)致水體水色隨之變化，這些信息被遙感傳感器接收，成為應(yīng)用遙感技術(shù)監(jiān)測黑水團發(fā)生和發(fā)展的物理基礎(chǔ)。本文以太湖黑水團為研究對象，開展室內(nèi)模擬黑水團形成和野外觀測黑水團光學(xué)

2、特性實驗，研究黑水團的光學(xué)特征，并分析不同水體組分對遙感反射率的影響?；诃h(huán)境一號衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)，建立波段比值、最高峰高度等算法模型進行黑水團遙感提取，研究成果可為水環(huán)境監(jiān)管提供數(shù)據(jù)支持。主要得到了以下結(jié)論:
　　(1)黑水團水體的光學(xué)特性
　　通過室內(nèi)模擬實驗觀察得到，黑水團形成過程中，溶解氧、氧化還原電位值與葉綠素a濃度呈現(xiàn)下降的趨勢，水體的遙感反射率與后向散射同樣呈現(xiàn)下降趨勢。有色可溶性有機物(CDOM)在443nm處

3、吸收系數(shù)(ag(443nm))不斷增大，并與葉綠素a之間具有很好的相關(guān)性;在太湖野外實驗觀測中發(fā)現(xiàn)，自然狀態(tài)下的黑水團同樣具有葉綠素a和CDOM濃度高的特征，黑水團中輔助色素的比例較低，主要是以葉綠素a占主導(dǎo)，其中CDOM吸收系數(shù)與葉綠素a具有很好的相關(guān)性，說明CDOM很大部分來源于藍藻的降解。
　　太湖野外實測黑水團光譜曲線與藍藻水華、太湖正常水體相比，在可見光450～660nm波段范圍內(nèi)具有很低的遙感反射率，水體暗黑，與人眼觀

4、察一致。
　　(2)不同水體組分對黑水團遙感反射率的影響分析
　　通過室內(nèi)模擬黑水團實驗數(shù)據(jù)與野外黑水團實測數(shù)據(jù)對比分析可知，在長波范圍內(nèi)(380～700nm)黑水團中色素顆粒物吸收系數(shù)對總吸收的貢獻率占主導(dǎo)作用，在短波范圍內(nèi)(350～380nm)CDOM對總吸收的貢獻率高于色素顆粒物吸收系數(shù)、非色素顆粒物吸收系數(shù)，在黑水團形成過程中CDOM對總吸收的貢獻率呈現(xiàn)一個不斷上升的趨勢。
　　利用Hydrolight水體輻射

5、傳輸軟件模擬黑水團形成過程中遙感反射率與后向散射的變化過程，并分析不同組分濃度混合對遙感反射率的影響可知，隨著無機懸浮物濃度不斷增加，遙感反射率光譜曲線值呈不斷增加的趨勢，但是，當(dāng)ag(440nm)和葉綠素a濃度不斷增加時，遙感反射率光譜曲線在可見光范圍內(nèi)呈現(xiàn)不斷降低的趨勢，說明高的CDOM和葉綠素a濃度使得在可見光范圍內(nèi)無機懸浮物對遙感反射率的影響降低。
　　在黑水團水體中，高的CDOM和葉綠素a濃度造成水體在可見光范圍內(nèi)的強吸

6、收，低的無機懸浮物濃度造成水體低的后向散射，兩者共同作用使得黑水團水體整體具有很低的遙感反射率。
　　(3)基于環(huán)境一號衛(wèi)星的黑水團遙感監(jiān)測
　　通過分析環(huán)境一號衛(wèi)星影像中黑水團的遙感反射率特征可知，黑水團在前三個波段具有較低的遙感反射率值，在波段2處有一個很低的反射峰值。因此，利用波段比值Band2/Band1、波段比值歸一化(b2-b1)/(b1+b2)、最高峰高度(MPH(560nm))等，建立了黑水團識別模型。將這三