遥感技术在湖泊环境研究中的应用

第12卷第3期

2006年9月

地质力学学报JOURNA L OF GE OMECHANICS V ol 112N o 13Sep.2006 文章编号:100626616(2006)0320287208收稿日期:2006202222

基金项目:国土资源大调查项目“青藏高原河流湖泊生态地质环境遥感调查与监测”资助。

作者简介:孟庆伟(19812),男,在读硕士。主要从事环境演变与遥感地质研究。E 2mail :s olarwind 2map @s ohu 1com

遥感技术在湖泊环境研究中的应用

孟庆伟1,罗　鹏2,余　佳1,韩建恩1

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吕荣平1,孟宪刚1,朱大岗1,邵兆刚

1(11中国地质科学院地质力学研究所,北京　100081;21长安大学资源学院,西安　710054)摘　要:近10年来湖泊的研究内容不断拓展,研究方法不断完善,研究工作取得

了丰硕的成果。遥感技术作为科学、快速的调查和监测手段,在湖泊环境研究领域

中得到了广泛的应用。本文主要介绍国内外遥感技术在湖泊水质监测、湖泊水文参

数测试、湖泊变迁调查、湖冰监测、湖泊利用调查、湖泊地质环境调查、湖区生态

环境调查、古湖与考古调查等8个方面的主要研究进展。同时,综合评述了各种遥

感数据源、各类遥感信息提取技术在湖泊环境研究领域的应用前景。

关键词:湖泊环境;遥感技术;应用进展

中图分类号:P49文献标识码:A

0　前言

湖泊作为一种特殊的自然综合体,不仅是地表水载体和沉积矿藏赋存的场所,而且与大气、生物、土壤等多种要素密切相关。湖泊对气候、环境系统的变化反映极为敏感[1,2],特别是内陆湖泊被视为湖区环境变化和气候变异的指示器[3,4]。

湖泊研究随着遥感技术的发展迎来了一个新的研究阶段,遥感技术在湖泊环境研究中的应用,以其宏观性、实效性和经济性迅速取得了广泛的应用。作者在实施国土资源大调查项目“青藏高原河流湖泊生态地质环境遥感调查与监测”时检索了国内外大量文献,整理了遥感技术在湖泊水质监测、湖泊水文参数测试、湖泊变迁调查、湖冰监测、湖泊利用调查、湖泊地质环境调查、湖区生态环境调查、古湖与考古调查等8个方面的主要研究成果,为项目研究宜选择的湖泊生态地质环境遥感信息提取技术提供了依据。现将国内外遥感技术在湖泊环境研究中的主要进展介绍如下,以飨读者。

1　湖泊水质遥感监测

湖水中的悬浮颗粒物,溶解性有机物,叶绿素2a 浓度,藻类种类、浓度及分布等都是影

882地　质　力　学　学　报2006　响水质的主要因子。对可见光而言,叶绿素、泥沙等会改变水体的散射度,并对水体遥感图像的色调产生影响。若水体受到某种类型及某种程度的污染,这种水体变异信息也会在遥感图像上通过水体色调的变化表现出来。

尹球,巩彩兰等[5]在系统的常规水质采样分析与水面光谱测量外场同步试验的基础上,应用FY21C多通道扫描辐射计和Landsat T M、Seastar SeaWiFS等在轨卫星多通道遥感器以及一组设想的遥感通道,为遥感反演叶绿素2a浓度和总悬浮物浓度建立了优化通道组合模型,并提出了利用水面上标准反射板的反射光谱和遥感图像本身来确定大气透过率和反射率,从而实现大气校正的水质指标卫星遥感反演方法。所建立的模型和方法已用于太湖、滇池等我国典型富营养化湖泊的水质监测。研究结果表明,从20世纪80至90年代,太湖、滇池的富营养化程度及其分布状况随年份变化的遥感解译结果与多年采样分析结果基本吻合。于瑞宏,刘廷玺等[6]在研究干旱区草型湖泊乌梁素海时,以1986～2004年间8个典型年份的同期Landsat T MΠET M+遥感数据及2002～2004年的实测数据为信息源,应用多光谱混合分析法建立了悬浮固体浓度与通过T MΠET M+21、2、3三波段反射率计算求得的悬浮固体成分比例之间的关系方程,分析了乌梁素海悬浮物质浓度逐年增加的总趋势。

刘堂友,匡定波等[7]利用地物光谱仪对太湖水体进行了光谱测量和同步采样分析,对获得的数据尝试用光谱分离法进行分析,从中分离出蓝藻和悬浮物的特征波峰,建立波峰高度与同步水质采样得到的叶绿素2a浓度和悬浮物浓度的对应关系,得出其遥感定量反演算法,并实际应用在OMIS成像光谱仪图像上。为湖泊藻类叶绿2a和悬浮物浓度的高光谱定量遥感模型研究提供了重要资料。

J1C.Ritchie[8]等采用Landsat MSS图像研究了美国密西西比河流域河谷地带3个以叶绿素为主要悬浮沉积物的湖泊。在1976年12月至1988年8月间,叶绿素2a的浓度从013mgΠm3骤然上升到了211mgΠm3,悬浮沉积物浓度则从1mgΠl上升至867mgΠl,指出,通常情况下MSS22、MSS23波段对辐射和反射均具有灵敏的反应,水体辐射率和反射率随水中悬浮物质的增加而增大。叶绿素2a则由于悬浮物质的附着,使其在图像中的反射率剧增,并导致监测结果的误差。因此,在悬浮沉积物以叶绿素为主的水域,应采用高光谱分辨率的遥感数据进行研究。

John M.Melack[9]等在对美国加州M ono湖叶绿素浓度与季节变化关系调查中,采用NAS A红外高分辨率遥感数据,并通过辐射纠正和图像的去相关处理,采用预测公式计算出M ono湖基于波段反射率的叶绿素浓度分布规律和自东向西的梯度空间分布特征。

T iit K utser[10]等利用多种遥感数据建立了有色溶解有机物(C DOM)的分析模型,研究了北欧国家15个温带湖泊的C DOM吸收系数。

2　湖泊水文参数遥感测试

在湖泊水文参数中,水深值是影响湖泊生态环境最重要的参数。可见光在进入水体后受到水体及底质的吸收和散射,随着水深的加大,光的能量受到水分子、溶解物及水中粒状物吸收以及悬浮颗粒的散射而逐渐衰减,因此可以根据遥感图像的灰度值与光在水中的衰减程度之间关系推算出水深值。

张鹰[11]采用SPOT遥感数据,用于武昌湖的水深研究,获得初步成果。在探讨利用数学公式有效地削弱“水深综合影响因子”影响之后,结合GIS空间数据处理的特长和多层次数