水体固有光学特性和表观光学特性测量在水色遥感中应用
遥感技术应用于水环境监测
遥感技术应用于水环境监测遥感技术是一种通过卫星、航空器和遥感平台等远距离无接触手段获取地球表面信息的技术。
在水环境监测中，遥感技术具有独特的优势和应用前景。
本文将介绍遥感技术在水环境监测中的应用，并探讨其优势和未来发展方向。
一、遥感技术在水质监测中的应用1. 水体传统监测方法的局限性传统的水质监测方法主要依赖于采样、分析和检测等手段，存在取样点有限、数据更新滞后等问题，且无法实现全面的、大范围的监测。
而遥感技术可以通过遥感影像获取水体的空间分布和时序变化信息，能够克服传统监测方法的局限性。
2. 遥感技术在水体富营养化监测中的应用富营养化是目前全球面临的重要水环境问题之一。
通过遥感技术可以获取水体中的蓝藻和浮游植物等生物参数，以及水体中的溶解有机物浓度等信息，可以实现对水体富营养化程度的监测和评估。
3. 遥感技术在水体污染监测中的应用水体污染是另一个需要重视的水环境问题。
遥感技术可以获取水体的反射光谱特征，从而实现对水体中悬浮物、有机物和重金属等污染物的快速监测和评估。
同时，遥感技术还可以通过红外遥感和高光谱遥感等手段，实现对水体中的湖沼水体蓝藻水华等问题的监测。
4. 遥感技术在水体水色监测中的应用水色是水体的一种外观属性，可以反映水体中溶解物质、悬浮物质和藻类等的浓度和组成。
遥感技术可以通过获取水体的遥感影像，提取水色特征参数，从而实现对水体水色的监测和分析。
二、遥感技术在水环境监测中的优势1. 可实现全面、大范围的监测遥感技术可以通过获取遥感影像，覆盖范围广泛，可以实现对较大范围水体的监测，从而获取全面的信息。
2. 高时空分辨率遥感技术可以实现对水体的高时空分辨率监测。
通过卫星遥感和航空摄影等手段，可以获取高分辨率的遥感影像，实现对水体的时序变化和空间分布的精细监测。
3. 监测成本低相比传统的采样、分析和检测等手段，遥感技术的监测成本相对较低。
通过遥感影像可以获取大范围的信息，并且可以实现数据的自动化处理和分析，提高监测效率。
4.+水体遥感-4.3+水体参数反演
0.08 0.07 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00
400
55#_Meas 55#_Sim
Cspim＝118
Cspim=118.3; Cspom=21.0; Cchl=14.0; ag440=1.0172.
450 500 550 600 650 700
0.04
0.03
实例：太湖水色参数陆地卫星遥感估算（王得玉，2008）
◼ 以生物光学模型为理论基础，利用实测的水体固有光学特征、表观光学特征 和水体组分浓度数据，构建用于水色参数遥感估算的分析模型
◼ 进行分析模型的正向模拟，并进行水体反射率对水色参数的敏感度分析，为 选择最佳的估算波段提供理论支持。结果表明：水体遥感反射率对无机悬浮 物的敏感度很高，红光和绿光波段最高；对有机悬浮颗粒的敏感度较高，在 绿光波段最高；对叶绿素的敏感度较低，其峰值出现在红光波段
◼ 叶绿素a的吸收和后向散射系数
叶绿素a的吸收系数可表达为：
(Pierson and Strombeck, 2001; Ma,2006a)
a ph ()
=
a
* ph
(
)CCHL
=
A( )CC1−HBL( )
为了定义该幂函数关系，需要对测 量的每一个波长点光谱（n＝67） 用回归方法获取系数A和B
1.0
59#_Meas
59#_Sim
0.03
0.02
0.02 0.01
Cspim＝4.9
Cspim=4.93; Cspom=1.73;
0.01
Cchl=2.62; ag440=0.732.
0.00 400 450 500 550 600 650 700
遥感在水体方面的应用
3、 温 、 测 水体的热容量大，在热红外波段有明显特 征。白天，水体将太阳辐射能大量地吸收 储存，增温比陆地快，在遥感影像上表现 为热红外辐射低，呈暗色调；夜间，水温 比周围地物温度高，发射辐射强，在热红 外影像上呈高辐射区，为浅色调。因此， 夜间热红外影像可用于寻找泉水，特别是 温泉。根据热红外传感器的温度定标，可 在热红外影像上反演出水体的温度。
图1.1 为2010年4月20日，墨西哥湾的一座美国钻井平台发 生爆炸 ，造成的石油泄漏
2、水体热污染 例如发电厂排出的热水、经过冷却湖回 抽冷却，使发电机降温，热水又重新排 出电厂。这种循环用水的冷却湖经常需 要测量湖水温度，以便控制装机容量及 发电量。用8～14µm波段的热红外扫描 仪进行航空遥感，热红外图像可显示出 热污染排放、流向和温度分布的情形。 经过密度分割处理、根据少量的同步实 测湖水温度，就可确切的绘出湖水等温 线。如果有连续的几次热红外影像，还 能求出热水扩散的综合扩散系数。
2、水域界限的确定 、 在可见光范围内，水体的反射率总体上比 较低，不超过10%，一般为4%～5%，并随 着波长的增加逐渐降低，到0.6µm处约 2%～3%，过了0.75µm，水体几乎成为全 吸收体。因此，在近红外的遥感影像上， 清澈的水体呈黑色。为区分水路界线，确 定地面上有无水体覆盖，应选择近红外波 段的影像。
日本福岛核电站爆炸后排出得热水
3、废水污染
废水由于水色与 悬浮物性状千差万别，特征曲线 上的反射峰位置和强度也不一样。废水污染一般 用多光谱合成图像进行监测。有些污水和清洁水 温度也不一样，可以用热红外方法测定。 例如：酸、碱水，农药污水的在近红外假彩色片 上都有淡蓝色的显示。沿着河流拍摄航空假彩色 像片，很容易发现污染源。凡是向河流排出污水 的工厂，污水未经处理净化立刻可以被发现。根 据污水与河水掺混、扩散的情况，还可以估算污 水量。
光学传感器在水质监测中的应用研究
光学传感器在水质监测中的应用研究随着人类社会的不断发展，环境问题愈发受到广泛关注。
水资源是人类重要的生命支撑，因此水质监测经济、环境、社会等方面具有重要意义。
但是当前的水质监测手段存在很多问题，比如精度不高、操作复杂等。
针对这些问题，光学传感器被引入到了水质监测中，并且有了很好的应用。
本文将就光学传感器在水质监测中的应用进行研究。
一、光学传感器概述光学传感器是一种通过测量材料在特定光谱范围内的吸收、发射和散射来检测特定材料的物理量的设备。
光学传感器相对于传统的传感器具有更高的精度和更高的采样率。
在水质监测中，光学传感器可以检测的内容包括温度、盐度、浊度、有机质含量、溶解氧、pH值、氨氮、氮含量、叶绿素含量、蓝绿藻含量、浮游生物等。
二、光学传感器在水质监测中的应用1.反射式光学传感器反射式光学传感器是指将光束射向水中，通过测量光线被反射并重新发射回来的光的强度来评估水中物质的质量和浓度。
反射式光学传感器还可以在较小的空间内同时测量多个参数，从而更好地理解水体的基本特征。
2.荧光式光学传感器荧光式光学传感器是将荧光物质注入到足以完全浸没荧光探头的水体中，然后通过荧光强度来确定有机物和蓝藻的含量。
荧光探头可以很大程度上减少样品颜色、浊度、氧和 pH 的影响。
和其他光学传感器比较，荧光式光学传感器最显著的优势是非常灵敏和实时。
3.激光散射式光学传感器激光散射式光学传感器是通过测量光散射和透射来检测水体中的颗粒物质的浓度的。
散射光的强度直接与水体中悬浮颗粒物的数量成正比，因此测得的数据可用于判断水体中颗粒物的浓度。
三、光学传感器在水质监测中的优势1.快速测量和高精度传统的水质检测方法需要多次抽样和实验室分析，整个过程需要很长时间，成本较高，而光学传感器检测速度快，测量结果精确。
2.减少污染传统的水质监测方法会使用大量的试剂和化学物质，会产生很多污染物质，而光学传感器无需这种化学物质，因此有利于减少污染。
3.便于操作传统水质检测方法需要专业技能，需要完整的实验室设备，而光学传感器简单易操作，便于使用。
遥感技术在水资源监测中的应用
遥感技术在水资源监测中的应用水是生命之源，对于人类的生存和发展至关重要。
随着社会的进步和经济的快速发展，水资源的合理开发、利用和保护成为了全球性的重要课题。
在这个背景下，遥感技术凭借其独特的优势，在水资源监测领域发挥着越来越重要的作用。
遥感技术是一种非接触式的远距离探测技术，通过传感器接收来自目标物体的电磁波信息，并对这些信息进行处理和分析，从而获取目标物体的特征和状态。
在水资源监测中，遥感技术能够提供大范围、长时间序列、高分辨率的监测数据，为水资源的管理和保护提供有力的支持。
遥感技术在水资源监测中的应用十分广泛。
首先，在地表水资源监测方面，它可以用于监测河流、湖泊、水库等水体的面积、水位和水量变化。
通过卫星影像，我们能够清晰地看到水体的轮廓和范围，结合地形数据和水文模型，可以估算出水体的体积和储量。
此外，遥感技术还能够监测水体的水质状况，例如通过监测水体的光谱特征，可以判断水体中叶绿素、悬浮物和溶解性有机物等的含量，从而评估水质的优劣。
在地下水资源监测方面，遥感技术同样具有重要的作用。
它可以通过监测地表的温度、植被覆盖度和土壤湿度等参数，间接推断地下水资源的分布和变化情况。
例如，在干旱地区，植被的生长状况与地下水资源的丰富程度密切相关。
遥感技术可以通过监测植被的光谱特征和生长状况，来评估地下水资源的可用性。
在水资源的开发和利用方面，遥感技术能够为水利工程的规划和建设提供重要的依据。
例如，在水库的选址和设计过程中，遥感技术可以帮助我们了解地形地貌、地质构造和土壤类型等信息，从而选择合适的库址和坝址。
此外，遥感技术还可以用于监测水利工程的运行状况，例如大坝的变形和渗漏情况，为工程的安全运行提供保障。
遥感技术在水资源监测中的优势是显而易见的。
首先，它具有大面积同步观测的能力，可以在短时间内获取大范围的水资源信息，大大提高了监测效率。
其次，遥感技术能够长期连续观测，为水资源的动态变化分析提供了丰富的数据支持。
海洋与内陆水体高光谱遥感
水体成分的固有光学特性与模型
水体各成分的后向散射
遥感获得是水体后向散射的信息，因此水体成分的后向散射 特性对遥感反演模型的建立具有关键性的作用
水体成分吸收特征
纯(海)水(w)、及典型的叶绿素（C）、悬浮 泥沙(X)、黄色物质(Y)的光谱吸收特征
二类水体固有光学特性
国际上普遍认为，二类水体固有光学特性与 大洋水体的主要差异在： (1)区域性悬浮泥沙的吸收与散射特性； (2)在高泥沙含量区的叶绿素吸收特性与大洋 水体的叶绿素有一定差异； (3)黄色物质光谱吸收特性也有很强的陆源变 化，主要体现在式(3.7)中e指数的S上。 aY()=aY(0)exp[-S(-0)]
• Andr Y. Morel对一类水体的定义是其光学性质由前3项决 定的水体。 • 典型的一类水体是大洋开阔水体。一类水体的组成，可 以简单地看作由浮游生物（Phytoplankton、zooplankton） 的主要成分Chl-a，及其降解物--褐色素a(phea-a)，以及 伴随的黄色物质组成。 • 一类水体光谱模型的奠基工作是Morel等人在1977年完 成的(Morel 1977)，后经过Morel(1988，1998，2001), Sathyendranath & Preiur (1989), Bricaud等人(1995)众多 科学家的不断努力，已基本成熟 • 二类水体是除一类水体外的可能包括所有上述7种成分或 更多的所有水体。典型的二类水体是近岸、河口区域的水 体。
1)在中低混浊度时，550nm波段对浑浊 度【悬浮物的浓度】变化比较敏感； 2)在中高混浊度水体，6xx nm对悬浮物 浓度的变化比较敏感;此时可见光 600nm以前的通道对泥沙信息几乎不 敏感。 3)当悬浮物浓度达到 ～1000mg/l左右时， NIR波段的反射率比可见光波段的还 要高； 4)在混浊度水体，叶绿素信号、黄色物质 信号几乎被泥沙信号所掩盖； 5)叶绿素荧光在在浑浊水体时也十分明显， 但受泥沙边沿的影响，如何消除泥沙 影响是个很大的问题； 6)当水体十分浑浊时，412nm左右篮波 段值在一个很小的范围内变化； 7)赤潮水体光谱与正常光谱有很大的区别。
海洋光学测量装置在水质与生态参数测量中的应用研究
海洋光学测量装置在水质与生态参数测量中的应用研究近年来，随着海洋资源的逐渐枯竭和环境污染的日益严重，对海洋水质和生态环境的监测和评估变得越来越重要。
而海洋光学测量装置则成为科学家们研究海洋水质和生态参数的重要工具。
它利用光学原理和仪器技术，能够准确测量海洋中的各种物理、化学和生物参数，为海洋环境保护和可持续发展提供了重要的科学依据。
海洋光学测量装置可以测量的参数包括水温、盐度、溶解氧含量、氨氮、硝酸盐、叶绿素a等。
通过准确测量这些参数，科学家们可以评估海洋的水质状况，了解海洋生态系统的健康状况，并为制定有效的保护策略提供支持。
首先，海洋光学测量装置在水温和盐度测量中的应用非常广泛。
水温和盐度是海洋中最基本的物理参数，对海洋生物和化学过程有着重要影响。
海洋光学测量装置通过测量水体的光学特性和反射率，可以准确测量水温和盐度。
这些数据对于海洋环流、海洋碳循环等研究具有重要意义。
其次，海洋光学测量装置在测量溶解氧含量方面也起到了关键作用。
溶解氧对于海洋生态系统和生物多样性具有重要影响，过低的溶解氧含量会导致海洋生物死亡，影响海洋生态平衡。
海洋光学测量装置通过测量水体中氧气的透过率和光合作用的光谱，可以准确测量溶解氧含量，为科学家们研究海洋氧循环和生态系统的健康提供重要数据。
此外，海洋光学测量装置还能够测量海洋中的主要营养盐，如氨氮和硝酸盐。
海洋中的氨氮和硝酸盐是海洋生态系统中有机物生产和生物生长的重要营养素。
通过测量水体中的光学特性，海洋光学测量装置可以准确测量这些营养盐的浓度，为科学家们研究海洋生态系统的营养元素循环和生物生态过程提供重要依据。
最后，海洋光学测量装置在测量叶绿素a方面也发挥着重要作用。
叶绿素a是海洋中主要的叶绿素类型，是生物量和生产力的关键指标。
通过测量水体中的叶绿素a的光学特性，海洋光学测量装置可以准确估计叶绿素a的浓度，为科学家们研究海洋生态系统的生产力和营养盐循环提供重要数据。
综上所述，海洋光学测量装置在测量海洋水质和生态参数方面具有重要的应用价值。
遥感技术应用于水环境监测
水环境遥感监测
传统的环境监测方法由于受到自然条件和时空等因素限制， 具有一定的局限性。如传统的水质测试方法主要是实地测 量或取水样在实验室测定，常用水质监测项目一般包括水 温、pH、SS、DO、BOD、COD、叶绿素a、有机污染物、重 金属及其他有毒物质等。尽管这种方法可以精确地测定出 某一位置表面水质的各项指标，但成本高且耗时长，更为 重要的是难以给出这些水质指标在空间和时间上的连续分 布状况。而随着遥感技术的不断进步，在水环境监测中的 应用也越来越多。环境遥感监测技术具有以下特点：①适 应性强，可进行大范围、立体性的监测，获取其他监测手 段无法获取的信息；②效率高、信息量广，可以获得多点 位、多谱段和多次增强的遥感信息，提高监测分析的效率 和精度；③可用于动态监测，建立水污染灾害预警系统， 实行应急实监测，最大限度地对事故进行控制和降低事故 的危害。
遥感技术应用于宏观生态环境要素的 监测, 具有视野广阔、获取的信息量多、 效率高、适应性强、可用于动态监测 等众多优点。而且，随着遥感技术的 发展，遥感技术不仅可以应用于宏观 上的环境监测，也可以应用于点上的 环境监测，更容易在国家层面上进行 环境监测，防止地方因急于发展经济 而忽视或包庇地方企业乱排放污染物， 更好进行环境保护。运用高技术环境 监测手段为我们的环境筑起一道坚固 的保护墙。
TM数据
TM（Thematic Mapper）安装于Landsat-4、5 上，是一个高级的多波段扫描型地球资源敏 感仪器，与多波段扫描仪MSS性能相比，它 具有更高的空间分辨率、更好的频谱选择性、 更好的几何保真度、更高的辐射准确度和分 辨率，是在MSS基础上发展的新一代多波段 扫描仪器。由TM所得到的遥感数据就是TM 数据。
遥感技术监测水体热污染
水体热污染调查使用红外传感器,能根据热 效应的差异有效地探测出热污染排放源。热 红外扫描图像主要反映目标的热辐射信息, 无论白天、黑夜,在热红外像片上排热水口 的位置、排放热水的分布范围和扩散状态都 十分明显,水温的差异在像片上也能识别出 来。利用光学技术或计算机对热图像作密度 分割,根据少量同步实测水温,可正确地绘出 水体的等温线。因此热红外图像能基本上反 映热污染区温度的特征,达到定量解译的目 的。
水色遥感技术在海洋探测中的应用
水色遥感技术在海洋探测中的应用
水色遥感技术的原理
辐射传输是水色遥感技术的理论基础。
遥感技术关注的波段主要在可见光—近红外光线区域内，通过对于海面发出的辐射的频率和强度进行分析，计算及反演来获得海面的一些基本情况。
水色遥感技术为我们了解广阔无垠的海洋提供了一个可行的途径，能够极大的帮助我们了解海洋表面的一些生物及化学信息。
海面的光学特性是水色遥感技术的计算基础。
两种水体的划分
根据光学性质的不同，海水可以分为两类。
一类水体：其光学性质主要由浮游生物和其伴生物决定，例如深海大洋的开阔水体。
二类水体：其光学性质主要由悬浮物、黄色物质（即有色可溶有机物）决定，例如近岸、河口等受陆源物质排放影响较为严重的地方。
所以二类水体是我们最关注的水体，同时也是计算最复杂，最难以准确预测的水体。
水色遥感技术的应用
海洋是浩瀚而广阔的，同时也是最难以估料的。
传统中的“秀才不出门，便知天下事”在今日是否可以演化为秀才不出门，可知海洋事呢？这是水色遥感技术的一个重要的目的。
研究水色遥感，可以让我们方便的了解海面上的浮游生物及其他生物资源的情况，。
水体光谱测量与分析Ⅰ:水面以上测量法
水体光谱测量与分析Ⅰ：水面以上测量法唐军武;田国良;汪小勇;王晓梅;宋庆君【期刊名称】《遥感学报》【年(卷),期】2004(008)001【摘要】水色遥感的基础之一是水体光谱特征测量与分析.水体光谱特性包括两个方面:表观光学特性(AOPs)和固有光学特征(IOPs).该文主要讨论与水色遥感基本参数直接相关的表观光学量的测量与分析.现场表观光谱的测量从方法上可分为两类:剖面测量法和水表面以上测量法.两种方法相对独立,适用范围上具有互补性.该文主要针对水面以上测量法进行讨论.水色遥感一般要求表观光谱特性的测量必须能够导出离水辐射率LW、归一化离水辐射率LWN、遥感反射率Rrs、和刚好处于水面以下0-深度的辐照度比R等.国际上有关水色的测量规范中,仅有针对大洋一类水体的.中国的近岸水体和湖水绝大部分是二类水体,因此该文也将对二类水体光谱测量的有关参数化问题进行讨论.同时,对数据分析处理中的一些关键参数的确定,提出新方法.【总页数】8页(P37-44)【作者】唐军武;田国良;汪小勇;王晓梅;宋庆君【作者单位】国家卫星海洋应用中心,北京,100081;中国科学院,遥感应用研究所,北京,100101;国家海洋技术中心,天津,300111;国家卫星海洋应用中心,北京,100081;国家卫星海洋应用中心,北京,100081【正文语种】中文【中图分类】TP79/P71【相关文献】1.达里诺尔湖水体光谱测量与分析 [J], 孙章丽;郑文锋;谢勇;余涛;韦春竹;余新宇2.太湖水面多角度遥感反射率光谱测量与方向特性分析 [J], 李俊生;张兵;申茜;张浩;张方方;王桥3.水面浮油膜光谱测量及光谱特征分析 [J], 刘旭拢;邓孺孺;秦雁;梁业恒;刘永明4.内陆水体水面以上光谱测量方法对比分析 [J], 陈利雄;胡勇;巩彩兰5.内陆水体水面以上光谱测量方法及对比分析 [J], 潘肇博因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
遥感原理及其应用-唐军武2006海洋遥感讲义2
6.3 水体光学特性任何目标的光学遥感都必须对目标物的光学特性进行深入的研究。
在水色遥感中，目标特性的研究尤其重要，一是因为水色遥感器接收到的总信号中的水体信号[离水辐亮度]贡献一般<10%；二是水色反演算法对离水辐亮度的误差比较敏感。
包括水体的表观光学特性、固有光学特性或生物光学特性、反演模式几个方面。
6.3.1 水体表观光学量与固有光学量所谓表观光学量(Apparent Optical Properties，AOPs)是随光照条件变化而变化的量，如向下辐照度E d、向上辐照度E u、离水辐亮度L W、遥感反射比R rs、辐照度比R等，以及这些量的漫衰减系数。
这些参数必须进行归一化，才有可能进行不同时间、地点测量结果的比较。
水色遥感就是利用表观光学量(AOPs)来反演出水体成分的浓度，其基本量是离水辐亮度L W(Water-leaving Radiance)。
水色遥感反演模型利用的辐射参数量，基本上有：离水辐亮度L W、归一化离水辐亮度L WN、刚好在水面以下的(Just beneath water surface, 0-)辐照度比(或漫反射比) R(0-)=E u(0-)/E d(0-)、遥感反射比R rs= L W/E d(0+)等。
固有光学量(Inherent Optical Properties, IOPs)是指只与水体成分有关而不随光照条件变化而变化的量，包括：(1)水分子的吸收系数a w、散射系数b w、散射相函数βw；'，散射系(2)Chl-a的吸收系数a c、单位吸收系数(Specific absorption coef.)ac'、后向散射系数b b、前向散射系数b f、散射相函数β；数b c、单位散射系数bc'(3)黄色物质的单位吸收系数ay(4)其他成分，包括无机物、碎屑(detritus)等的吸收散射特性。
固有光学量中最重要的是单位吸收系数和体散射相函数。
遥感技术在水体变化监测中的应用
遥感技术在水体变化监测中的应用在当今的科技时代，遥感技术作为一种强大的工具，正广泛应用于多个领域，其中在水体变化监测方面发挥着至关重要的作用。
水体是地球生态系统的重要组成部分，其变化不仅关系到水资源的合理利用，还对生态平衡、气候变化以及人类的生产生活产生深远影响。
因此，准确、及时地监测水体变化具有重要的意义。
遥感技术，简单来说，就是通过非接触的方式获取物体或区域的信息。
在水体变化监测中，它主要依赖卫星、飞机等搭载的传感器来收集水体的光谱、辐射等数据，并通过特定的算法和模型进行分析处理，从而获取有关水体的各种信息。
首先，遥感技术能够大范围、快速地监测水体的面积变化。
通过对不同时期的遥感影像进行对比分析，可以清晰地看到水体的扩张或萎缩情况。
这对于研究湖泊、河流、海洋等水体的动态变化非常有帮助。
例如，在一些干旱地区，通过长期的遥感监测可以了解到湖泊面积的逐渐缩小，从而为水资源的管理和调配提供重要依据。
其次，遥感技术可以监测水体的水质参数。
利用多光谱或高光谱遥感数据，能够估算水体中的叶绿素 a 浓度、悬浮物浓度、透明度等指标。
叶绿素a 浓度的高低可以反映水体中藻类等浮游植物的生长状况，从而判断水体的富营养化程度。
悬浮物浓度则与水体的浑浊度有关，能够间接反映水土流失等问题。
透明度则是衡量水体清澈程度的一个重要指标。
通过对这些水质参数的监测，可以及时发现水体污染情况，为环境保护和治理提供支持。
此外，遥感技术还能监测水体的温度变化。
水体温度的分布和变化对于水生生态系统、气候研究以及能源利用等方面都具有重要意义。
例如，海洋表面温度的变化与海洋环流、厄尔尼诺和拉尼娜现象等密切相关。
通过遥感手段获取大面积的水体温度数据，可以更好地理解这些气候现象的形成机制和发展趋势。
在实际应用中，遥感技术监测水体变化也面临一些挑战。
例如，遥感数据的分辨率可能有限，对于一些较小的水体或者细节变化难以准确捕捉。
同时，大气干扰、云层遮挡等因素也可能影响遥感数据的质量和准确性。
海洋光学遥感技术在海洋环境监测中的应用
海洋光学遥感技术在海洋环境监测中的应用近年来，随着科技的不断发展和创新，海洋光学遥感技术正逐渐成为海洋环境监测领域的重要工具。
通过利用光学传感器获取海洋区域的光学特征和光学参数，海洋光学遥感技术为海洋环境监测提供了有效的手段。
本文将对海洋光学遥感技术在海洋环境监测中的应用进行探讨。
一、海洋光学遥感技术的基本原理海洋光学遥感技术是利用搭载在遥感平台上的光学传感器，通过接收和解译海洋区域的反射光谱信息，从而获取海洋区域的光学特征和光学参数。
光学传感器对不同波段的光反射率进行测量，并通过相关算法将光学数据转化为可视化的图像。
通过分析这些图像，可以获取海洋区域的光学特性，如水体悬浮物浓度、叶绿素浓度、透明度等重要参数。
二、海洋光学遥感技术在海洋环境监测中的应用1. 水质监测海洋光学遥感技术可以监测海洋水质的变化，特别是水体中的悬浮物浓度和叶绿素浓度等参数的变化。
通过获取这些参数，可以评估水体的污染程度和富营养化状况，为相关部门提供有效的环境监测数据，为水质改善和保护提供科学依据。
2. 藻华监测藻华是指水体中大量积聚形成的浓厚藻类，对海洋生态系统和生态环境造成严重影响。
海洋光学遥感技术可以利用反射光谱信息监测藻华的分布和变化，通过遥感图像分析和相关算法，可以实时观测到藻华的范围和密度，提前预警和及时处理，减少藻华带来的影响。
3. 海洋沉积物监测海洋沉积物是海洋环境中的重要组成部分，了解海洋沉积物的分布和类型可以提供重要的环境信息。
海洋光学遥感技术可以通过监测沉积物的光学特性，如颜色和光反射率等，来推断沉积物的种类和含量。
这对于海底地形和海洋生态系统的研究具有重要意义。
4. 海洋溢油监测溢油事故对海洋生态系统和生态环境造成巨大影响，因此及时监测和处理溢油事故非常重要。
海洋光学遥感技术可以通过监测海洋表面的油膜和溢油区域的光学特性，如光学反射率、颜色等，提供溢油事故的信息和数据。
这有助于相关部门及时采取措施进行清理和应对，减少溢油对海洋生态系统的破坏程度。
巢湖水体的表观光学特性测量与分析
２ ０ ，８１） ７￣ ８ ０ ８ （ １：９ ９ ９ ３ ２
Ｃ ｉａ ｎ ｉ ｎ ｎａ Ｓ ｉ ｃ ｈｎ Ｅ ｖ ｏｍｅｔ ｒ ｌ ｃ ｎｅ ｅ
巢湖水体 的表观 光学特性测量与分析
戴永 宁， 素菊， 军 北京大学城市与环境学院， 李 王学 （ 地表过程分析与模拟教育部重点实验室， 北京 １０７） ０８１
Ｍｅｓ ｒｍｅ ｔ ｎ ｎ ｌｓ ｎｔｅａ ｐ ｒｎ ｐｉａ ｒｐ ｒｉ ｆ ｔｒｉ ｈ ｏ ｕＬ ｋ． Ｉ （ ｇｎｎ ， Ｉ ｕ ｕ ａｕ ｅ ｎ ｄａ ａｙｉ ｏ ｐ ａ ｅｔ ｔ ｌ ｏ ｅｔ ｓｏ ｅ Ｃ ａ ｈ ａ ｅ ＤＡ ＇ －ｉ Ｌ ｑ ， ａ ｓ ｈ ｏ ｃ ｐ ｅ ｗａ ｎ Ｙｎ ｇ Ｓ
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遥感影像在水体质量监测中的应用
遥感影像在水体质量监测中的应用水是生命之源，水体质量的优劣直接关系到生态环境的平衡和人类的健康。
随着科技的不断进步，遥感影像技术因其独特的优势，在水体质量监测中发挥着越来越重要的作用。
遥感影像技术是一种非接触式的观测手段，通过传感器获取地表物体的电磁波信息，并对这些信息进行处理和分析，从而获取有用的地物特征和参数。
在水体质量监测中，遥感影像可以提供大面积、同步、动态的水体信息，为我们了解水体的状况提供了全新的视角。
遥感影像能够监测水体的物理参数，比如水体的面积、水深和透明度等。
通过对遥感影像的分析，可以较为准确地确定水体的边界和范围，这对于研究水体的变化趋势、水资源的管理以及洪水的监测和预警都具有重要意义。
此外，利用特定的算法和模型，还可以根据遥感影像反演水体的水深，为水利工程的规划和设计提供基础数据。
透明度是衡量水体清澈程度的一个重要指标，遥感影像可以通过对水体反射和散射特性的分析来估算透明度，从而间接反映水体中悬浮物和浮游生物的含量。
在水体化学参数的监测方面，遥感影像也表现出色。
叶绿素 a 是水体中浮游植物的重要组成部分，其含量可以反映水体的富营养化程度。
遥感影像可以通过对特定波段的反射率进行分析，来估算叶绿素 a 的浓度。
此外，总磷、总氮等营养物质的含量也可以通过遥感影像进行监测。
这些化学参数的监测对于评估水体的污染状况、预测水华的发生以及制定相应的治理措施都具有重要的指导作用。
除了上述物理和化学参数，遥感影像还可以监测水体中的污染物。
例如，石油泄漏是水体污染的常见事件之一。
遥感影像可以通过对油膜在可见光和近红外波段的独特光谱特征进行识别和监测，从而及时发现石油泄漏的位置和范围，为应急处理提供依据。
对于重金属等污染物，虽然它们在遥感影像上的特征不如石油那么明显，但通过与其他水质参数的综合分析，也可以为其监测提供一定的参考。
遥感影像在水体质量监测中的应用具有诸多优势。
首先，它能够实现大面积同步观测，大大提高了监测的效率和覆盖范围。
浅析遥感技术在水质监测中的应用
浅析遥感技术在水质监测中的应用摘要:常规的监测手段不能满足对水质适时、大尺度的监测评价要求,因此可以利用遥感技术弥补常规监测手段的不足。
然而利用遥感技术监测水质还存在很多问题,有待更进一步的研究。
关键词:遥感水质监测微波水质监测是水环境保护的基础工作,传统的水质测试方法主要是实地测量或取水样在实验室测定,常用水质监测项目一般包括水温、pH、SS、DO、BOD、COD、叶绿素a、有毒物质等。
尽管这种方法可以精确地测定出某一位置表面水质的各项指标,但成本高且耗时长,更为重要的是不能给出这些表面水质指标在空间和时间上的分布状况。
遥感技术可以有效地监测表面水质参数空间和时间上的变化情况,发现一些常规方法难以揭示的污染源和污染物迁移特征,而且具有监测范围广、速度快、成本低和便于进行长期动态监测的优势。
1、遥感水质监测的原理分析遥感定量估测水体水质参数的方法是通过分析水体吸收和散射太阳辐射能形成的光谱特征实现的,这些光谱特征体现在水体因为各组分及其含量的不同造成其对特定波长光的吸收或反射,而且这些光谱特征能够为遥感器所捕获并在遥感图像中体现出来。
所有地物对光波都具有散射效应和吸收效应。
自然水体中的水分子、浮游植物及其他各种物质的吸收和散射效应使水体在某些特定波段的反射光谱曲线出现峰值或谷值。
因此,研究水体反射曲线的峰谷所在的波长位置及大小,根据它们和污染物浓度的相关关系可以实现对水质的定量遥感,其关系式简单表示如下:C=f(R)式中C——水质参数浓度;R——光谱反射率就水体而言,最常用最敏感的波段为可见光波段和近红外波段。
纯净水体、自然水体和污染水体在可见光至近红外波段的光谱特性将直接影响到其遥感灵敏度。
目前,人们对纯净水体在可见和近红外波段范围的吸收和散射特性研究已经比较成熟,对其他水质污染物的光谱特性仍在研究中。
内陆水体主要有三种物质(藻类、悬浮物、溶解性有机物)对水体的光谱特性有影响。
研究最多的是藻类和悬浮物质的光谱特性。
光学传感器技术在水质检测中的应用研究
光学传感器技术在水质检测中的应用研究随着人类社会的发展，水资源成为世界各国都非常重视的话题。
水质检测是保障水资源安全的基础，其中，水中污染物检测是重要环节之一。
传统的水质检测方法往往需要耗费大量时间和物力，而且准确度有待提高。
随着科技发展，光学传感器技术已经越来越广泛地被应用在水质检测中，大大提高了检测效率和准确度。
一、光学传感器技术的简介光学传感器技术是指利用光学原理对周围环境的参数进行测量的技术。
光学传感器技术具有灵敏度高、响应速度快、非侵入性强、动态范围广等优点，因此在水质检测中的应用非常广泛。
二、几种常用的光学传感器技术1、激光技术激光技术是目前应用最为广泛的一种光学传感器技术之一。
通过发射激光束，并利用激光与水中污染物作用的光学信号来实现污染物的检测。
这种技术可以快速准确地检测出水中的各种污染物，并且可以通过不同波长的激光来检测出不同的物质。
2、红外光谱技术红外光谱技术是利用红外光对样品进行扫描分析并进行物质检测的一种技术。
该技术可以快速准确地检测出水中各种化学物质的含量。
通过检测出不同化学成分的红外波长进行定量分析，在水质检测中具有很大的应用价值。
3、荧光光谱技术荧光光谱技术是利用样品分子的吸收和荧光发射来表征其特征性质，并将其与健康水体进行对比的一种技术。
荧光光谱技术具有吸收率高、排除水中气泡、对水温、浊度和水体色调不敏感等特点，因此在水质检测中应用也十分广泛。
三、光学传感器技术在水质检测中的应用案例1、氨氮的检测氨氮是水中重要污染物之一，它会对水质造成严重危害。
通过运用光学传感器技术进行氨氮的检测，可以更好地保障水质，并在污染发生时快速寻找定位。
光学传感器技术可以准确地检测出水中氨氮的含量，提供有效的工具进行污染物的管理和防范。
2、农药残留的检测农药残留是水质的重要指标之一，它会对人体健康造成严重影响。
传统的农药残留检测方法效率较低，而光学传感器技术却能够在快速准确地检测出农药的残留量，以便进行合理的管理和控制。
遥感技术在水质监测的应用
遥感技术在水质监测中的应用1 水体遥感监测的基本理论1.1 水体遥感监测原理、特点。
影响水质的参数有：水中悬浮物、藻类、化学物质、溶解性有机物、热释放物、病原体和油类物质等。
随着遥感技术的革新和对物质光谱特征研究的深入，可以监测的水质参数种类也在逐渐增加，除了热污染和溢油污染等突发性水污染事故的监测外，用遥感监测的水质数据大致可以分为以下四大类：浑浊度、浮游植物、溶解性有机物、化学性水质指标。
利用遥感技术进行水环境质量监测的主要机理是被污染水体具有独特的有别于清洁水体的光谱特征，这些光谱特征体现在其对特定波长的光的吸收或反射，而且这些光谱特征能够为遥感器所捕获并在遥感图象中体现出来。
如当水体出现富营养化时，浮游植物中的叶绿素对近红外波段具有明显的“陡坡效应”，故而这类水体兼有水体和植物的光谱特征，即在可见光波段反射率低，在近红外波段反射率却明显升高。
1.2 水质参数的遥感监测过程。
首先，根据水质参数选择遥感数据，并获得同期内的地面监测的水质分析数据。
现今广泛使用的遥感图象波段较宽，所反映的往往是综合信息，加之太阳光、大气等因素的影响，遥感信息表现的不甚明显，要对遥感数据进行一系列校正和转换将原始数字图像格式转换为辐射值或反射率值。
然后根据经验选择不同波段或波段组合的数据与同步观测的地面数据进行统计分析，再经检验得到最后满意的模型方程。
2 水质遥感监测常用的遥感数据2.1 多光谱遥感数据。
在水质遥感监测中常用的多光谱遥感数据，包括美国Landsat卫星的MSS、TM、ETM+数据，法国SPOT卫星的HRV数据，气象卫星NOAA的AVHRR 数据，印度遥感IRS系统的LISS 数据，日本JERS卫星的OPS(光学传感器)接收的多光谱图像数据，中巴地球资源1号卫星（CBERS--1）CCD相机数据等。
Landsat数据是目前应用较广的数据。
1972年Landsat1发射后，MSS数据便开始被用于水质研究中。
海洋水色遥感-海洋遥感
TOA BOA
2020/4/7
5.2 海洋水色遥感机理
2.具体的模型描述
- 水气辐射传输模型
Lt 传感器
太阳
a. 简化模型
Lt ? rLsta ? Lwta ? Lpath
b. a 模型细化 Lt ? Lwts ? rLstd ? Lr ? La
c. 考虑多次散射和白浪引起的散射
2020/4/7
5.3 生物-光学算法的物理基础
3.离水反射率
离水反射率：
? w(? )
?
?Lw(? ) E0 cos?s
?
?WN(?
)
exp(?(?r
(? 2
)
?
?oz(?
))
/
cos?s
)
归一化离水反射率：
?WN(? )
?
?LWN(? E0(? )
)
归一化离水反射率和归一化离水辐射度与入射光达 到海面的辐照度无关，只与当时当地的海洋内部各种粒 子的成分和浓度有关。
（1）叶绿素浓度反演
a.代数法（基于模型的解析算法）
－也称为半分析型生物光学算法。
固有光学量与遥 感反射率的关系
? Rrs(?) ?
Lw(?) Ed (?,0? )
?
2 i?1
gi
( a
bb ? bb
)
Carder ，1996；
g1 ? 0.0949i, g 2 ? 0.0794i 辐射因子i为海气透射比与海水折射率之比； 总吸收系数和后向散射系数： a ? a w ? a g ? a d ? a ph , bb ? bbw ? bbp
[ Lee等进行了改进：
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HydroScat 光学结构
标定原理几何图形
标定得到的曲线 W(z) Weighting Function
140°的散射（单角度散射）
表示不同角度的散射分布 即体散射相函数
• S为 仪器测量的信号 • σ(Kbb) 是SIGMA校正因子，主要由光源和散射体 积间的衰减引起 • ρ是标定靶的反射率，为常数 • ∝与对W(z)从无穷远到0处的积分成反比 • Ψ是测量的角度，HS6采用的是固定角度140°
测量与计算的 存在误差 计算值 1.08 测量值1.13
HydroBeta 体散射相函数测量仪 美国NOAA 海军基金支持
•消偏振激光束532nm •12辐射计接收器从不同角度监测 •角度:0(beamtransmission),10,15,20, 30,50,70,90,120,140,160,and170 degrees •接收器固定，且角度可调 •高频脉冲激光，接收机同步到激光脉冲 •日光下使用，仪器自动消除背景光 •可迅速测量剖面体散射相函数 •前向接收器窄视场角FOV（<0.5°）和低 增益，以适应前向体散射函数的高信号 •背向接收器具有更宽接收器窄视场角FOV （高达2.2°）和高增益，以适应后向体散射 函数的低信号
Radiance Collector 辐亮度 field of view 8° in air, 6° in water (with 200 µmcore fiber);
Scalar Irradiance Collector 球形辐照度 Scalar Irradiance, E0 Responds equally to light from all directions, except the portion blocked by the collector base.
水体光学特性测量在水色遥感中的应用
IOP 固有光学特性 AOP 表观光学特性
胡志国 Jim@ 13681667171
上海奕枫仪器设备有限公司 奕枫国际集团（香港）有限公司 我们致力于 水色遥感、水体光学特性测量
一 、为什么测量水体光学特性 二、固有光学特性-后向散射测量 三、固有光学特性-光吸收测量 四、固有光学特性-光衰减测量 五、表观光学特性测量 六、光学特性测量实例和应用
Sigma 校正
仪器本身的特征，值大小在标定文件内 在纯水中满足
纯水的衰减接近0 近乎 等于0 一般取1 传感器到散射体的衰减系数
如何计算Kbb?
Kbb ?
a-beta 直接测量Kbb a-beta 直接测量Kbb (吸收后向散射同步测量) (吸收后向散射同步测量)
如何得到a 和 b?
c-beta测量结果为c c-beta测量结果为c Kbb=pc p=0.6 Kbb=pc p=0.6 衰减后向散射同步测量 衰减后向散射同步测量
后向散射系数bb
对上式进行处理
Chi受VSF的形状的影响 Chi在120-160度变化很小 Chi用常数代替
对上式进项变换
问题：单角 度能计算
bb?
HS6 backscattering Coefficient Calculation Parameter
the scattering of pure water the backscattering coefficient of pure water the coefficient of proportionality between and bb for particles
水色遥感
水色遥感就是利用表观光学量(AOPs)来反演出水体 成分的浓度，其基本量是离水辐亮度LW(Waterleaving Radiance)。 水色遥感反演模型利用的辐射参数量，基本上有：
• • • • 离水辐亮度LW 归一化离水辐亮度LWN 刚好在水面以下的辐照度比(或漫反射比) R(0-)=Eu(0-)/Ed(0-) 遥感反射比Rrs= LW/Ed(0+)
表观量反演的局限性 • 由于水体表观光学量受太阳天顶角和入射 总辐照度中的直射与漫射分量比例的影 响，即表观光学量具有二向性 (bidirectionality)或非朗伯特性，因此固有 光学量的反演，关键问题是将表观量受入 射光场变化的部分去掉。 • 表观量的测量，受海洋表面的气泡等因素 影响
固有光学特性的重要性
HydroScat6 后向散射仪
固定角(ß[140°]测量后向散射系数 可同步测量荧光 杰出的光学性能 灵敏度高：达到10-8，可测量纯水的后向散射 背景光过滤：调制技术，过滤背景光 动态测量范围：5段增益可选，16位A/D转换 稳定性高：参比二极管监测器，校正由于时间和 温度引起的误差 • 自带深度传感器 • 严格标定（区别于流动液态和颗粒标定）
442, 470, 488, 510, 532, 550, 590, 620, 676, or 852 nm
五、表观光学特性测量
上海奕枫仪器设备有限公司 奕枫国际集团（香港）有限公司 我们致力于 水色遥感、水体光学特性测量
HydroRad 系列光谱仪
HydroRad 高光谱辐射测量
传 感 器 外 置 式 HydroRad-E1 HydroRad-ES1 HydroRad-E2
Model Pelagic-1 Pelagic-2 Pelagic-4 Abyss-1 Abyss-2 Abyss-4 Wavelength 1 2 4 1 2 4 Depth Range 500m 500m 500m 6000m 6000m 6000m
C-beta 光衰减散射计
• 可选波长
• 波长宽度: 10 nm (676 nm Bandwidth is 20nm) • 光束衰减 (c); 30 cm 光程 • 后向散射ß[140°], bb) • 直径: 11.7 cm (4.6") • 长度: 45cm (18") • 重量: 5.3 kg dry, 2.5 kg submerged • 深度 (330m standard) • Matched Beam-c Divergence and Receiver acceptance Angle: 0.36 deg. in water
WALRUS 浮标离水辐射测量
Es: 甲板上下行辐照度 Downwelling irradiance on deck Ed: 水下下行辐照度 Downwelling irradiance underwater RSR: Remote-sensing reflectance 遥感反射率,空气中 和水中的上行辐亮度测量s Ed, Kd: 下行辐照度 Downwelling irradiance and irradiance attenuation throughout the ocean photic zone Lu/Ed: Radiance reflectance throughout the ocean photic zone PAR, fl, E0: Photosynthetically available radiation and fluorescence throughout the photic zone Eu/Ed: Irradiance reflectance throughout the ocean photic zone Eu/Ed: Bottom reflectance in shallow water (Diver-deployed) Lu/Ed and Eu/Ed:Irradiance and radiance reflectance throughout the ocean photic zone Eu/Ed, PAR, E0, fl: Irradiance reflectance, photosynthetically available radiation, and fluorescence throughout the photic zone Es, Lu/Ed:Downwelling irradiance on deck, measured simultaneously with radiance reflectancethroughout the ocean photic zone
根据Mie Theory 计算
与散射角度的关系
PSD
上图在120-160度之间Chi变化很小，我们可以不同角度的Chi都采用常 数，这样也不会有太大误差。有文献估计误差不会超过10%
为什么选择140测后向散射 --宽角度响应
HydroBeta 测量的VSF与角度的关系
根据HydroBeta 测量计算 与角度的关系
水体生物光学模型
水体生物-光学模型 大洋水体的光学特性主要由水分子和浮游生物决 定，因此在海洋光学中，把水体光学模型一般称 为生物光学(Bio-optical)模型[Smith & Baker 1978]，此概念目前也用于二类水体。 水体生物光学特性的研究包括水体成分的固有光 学特性、表观光学特性的定量描述、表观特性与 固有特性之间的关系以及反演算法等。
二、固有光学特性-后向散射测量
上海奕枫仪器设备有限公司 奕枫国际集团（香港）有限公司 我们致力于 水色遥感、水体光学特性测量
后向散射 后向散射系数
• 吸收和散射是水体光传播的两个重要参数 • 散射可以用volume scattering function (VSF) β(λ,ψ)描述，含前向散射和后向散射 • 后向散射是90° < ψ < 180°的散射 • 后向散射系数