遥感地学分析-第2章-水环境遥感4.ppt

1、遥感地学分析遥感地学分析授课人：卢晓宁授课人：卢晓宁 Chengdu University of Information Technology成都信息工程学院成都信息工程学院E-mail：单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式成都信息工程学院资源环境学院成都信息工程学院资源环境学院主要内容主要内容2 2水体的光谱特征水体的光谱特征水体的光谱特征水体的光谱特征3 3水资源遥感水资源遥感水资源遥感水资源遥感4 4水污染遥感水污染遥感水污染遥感水污染遥感1 1水环境概述水环境概述水环境概述水环境概述2单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式成都信息工程学院资源环境学院成都信息工程学

2、院资源环境学院v水环境水环境是由地球表层水圈所构成的环境，是由地球表层水圈所构成的环境，它包括在一定时间内水的它包括在一定时间内水的数量数量、空间分布空间分布、运动状态运动状态、化学组成化学组成、生物种群生物种群和和水体水体的的物理性质。物理性质。v水环境是一个开放系统，它与土壤岩石水环境是一个开放系统，它与土壤岩石圈、大气圈、生物圈乃至宇宙空间之间存圈、大气圈、生物圈乃至宇宙空间之间存在着物质和能量的交换关系。在着物质和能量的交换关系。2.1 水环境概述水环境概述3单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式成都信息工程学院资源环境学院成都信息工程学院资源环境学院v水环境遥感监测水环境遥

3、感监测多是对地表各种水体进行多是对地表各种水体进行空间识别、定位、及定量计算面积、体积空间识别、定位、及定量计算面积、体积或模拟水体动态变化。或模拟水体动态变化。v随着遥感基础研究的进展，对水体本身的随着遥感基础研究的进展，对水体本身的光谱特性有了深入研究，同时进行许多水光谱特性有了深入研究，同时进行许多水质光谱数据测试。对水体的遥测也转换到质光谱数据测试。对水体的遥测也转换到水体属性特征参数的定量测定水体属性特征参数的定量测定，如水深的，如水深的控制、悬浮泥沙浓度的测定、和叶绿素含控制、悬浮泥沙浓度的测定、和叶绿素含量的测定，以及污染状况的监测等。量的测定，以及污染状况的监测等。2.1 水环

4、境概述水环境概述4单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式成都信息工程学院资源环境学院成都信息工程学院资源环境学院v水中溶解固体水中溶解固体-天然水中八大离子：天然水中八大离子：Cl-，SO4-，HCO3-，Na+，K+，Ca2+，Mg2+，总量占水中溶解固体的，总量占水中溶解固体的95%以上。以上。海水以海水以Na+、Cl-占优势占优势河水以河水以Ca2+、HCO3-占优势。占优势。2.1 水环境概述水环境概述-物质组成物质组成15单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式成都信息工程学院资源环境学院成都信息工程学院资源环境学院v水中微量元素水中微量元素-溴、碘、铜、钴、镍、氟

5、、铁等。溴、碘、铜、钴、镍、氟、铁等。河水中，绝大多数河水中，绝大多数微量元素集中在悬浮物微量元素集中在悬浮物中，中，锰、钍、铅锰、钍、铅比海水高几十倍比海水高几十倍海水中，以海水中，以溶解态形式存在溶解态形式存在，悬浮态的要比，悬浮态的要比溶解态的低数百倍到数千倍，甚至铬、铅也溶解态的低数百倍到数千倍，甚至铬、铅也主要呈溶解态，主要呈溶解态，溴溴比河水高数千倍，比河水高数千倍，硼硼比河比河水高数百倍，水高数百倍，锶、碘、氟、锂锶、碘、氟、锂高几十倍。高几十倍。v河水进入海洋，微量元素溶解性发生本质上的河水进入海洋，微量元素溶解性发生本质上的分配，微量元素的浓度和比例都发生变化分配，微量元素的

6、浓度和比例都发生变化。2.1 水环境概述水环境概述-物质组成物质组成16单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式成都信息工程学院资源环境学院成都信息工程学院资源环境学院v物理性质物理性质温度温度水温随季节变化，但月均温低于大气水温随季节变化，但月均温低于大气月均温，且各部分温差不大。月均温，且各部分温差不大。臭与味臭与味水中臭与味主要来源于水生动植物水中臭与味主要来源于水生动植物或微生物的繁殖与衰亡。或微生物的繁殖与衰亡。颜色和色度颜色和色度有机物分解导致水中颜色有机物分解导致水中颜色浑浊度浑浊度水中悬浮物和胶体物质对透水光线水中悬浮物和胶体物质对透水光线的阻碍程度，由泥沙、黏土、有机

7、物导致的阻碍程度，由泥沙、黏土、有机物导致悬浮物质悬浮物质主要来自水体所在区域地表主要来自水体所在区域地表电导率电导率各种无机盐离子使水具有电导率，各种无机盐离子使水具有电导率，天然水电导率低，污染水电导率高天然水电导率低，污染水电导率高溶解气体溶解气体溶解氧（溶解氧（DO）2.1 水环境概述水环境概述-理化性质理化性质27单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式成都信息工程学院资源环境学院成都信息工程学院资源环境学院v化学性质化学性质天然水是众多元素和化合物的混合液天然水是众多元素和化合物的混合液天然水体是一个复杂的氧化还原系统天然水体是一个复杂的氧化还原系统有利于天然水体的自净过程

8、和元素的有利于天然水体的自净过程和元素的迁移转化，但也会产生一些有害的效迁移转化，但也会产生一些有害的效应应天然水体是一个复杂的缓冲溶液系统天然水体是一个复杂的缓冲溶液系统对外来酸碱类物质有一定的抵御能力，对外来酸碱类物质有一定的抵御能力，使天然水使天然水PH值保持相对稳定值保持相对稳定对保护水生生物的生长繁殖极为有利对保护水生生物的生长繁殖极为有利2.1 水环境概述水环境概述-理化性质理化性质28单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式成都信息工程学院资源环境学院成都信息工程学院资源环境学院v水体水体河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋的总称。海洋的总

9、称。环境学领域环境学领域把水体当作包括水中的悬浮把水体当作包括水中的悬浮物、溶解物质、底泥和水生生物等完整物、溶解物质、底泥和水生生物等完整的生态系统或完整的综合自然体。的生态系统或完整的综合自然体。按区域按区域水体指某一具体的被水覆盖的地水体指某一具体的被水覆盖的地段，如太湖、洞庭湖等。段，如太湖、洞庭湖等。按类型按类型陆地水体和海洋水体。陆地水体和海洋水体。2.1 水环境概述水环境概述-水体污染水体污染39单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式成都信息工程学院资源环境学院成都信息工程学院资源环境学院v水污染分类水污染分类感官性污染感官性污染-混浊混浊需氧物质污染需氧物质污染-生活

10、污水、食品加工和造纸工生活污水、食品加工和造纸工业排放的污染导致水难闻业排放的污染导致水难闻无机污染无机污染-酸、碱、无机盐类的污染酸、碱、无机盐类的污染植物营养物质污染植物营养物质污染-富含氮、磷的废水富含氮、磷的废水有毒化学物质污染有毒化学物质污染-农药、重金属农药、重金属油污染油污染-石油、工业废水石油、工业废水病原体污染病原体污染-医院、畜禽饲养场污水医院、畜禽饲养场污水放射性污染放射性污染-核工业，核电站核工业，核电站热污染热污染-热电厂的高温废水热电厂的高温废水2.1 水环境概述水环境概述-水体污染水体污染310单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式成都信息工程学院资源环

11、境学院成都信息工程学院资源环境学院在可见光波段在可见光波段0.6um之前，水的吸收少、反之前，水的吸收少、反射率较低、大量透射。其中水面反射率约射率较低、大量透射。其中水面反射率约5%左右，并随着太阳高度角的变化呈左右，并随着太阳高度角的变化呈3%-10%不等的变化；不等的变化；水中可见光反射包含水中可见光反射包含水表面反射水表面反射、水体底部水体底部物质反射及物质反射及水中悬浮水中悬浮物质的反射物质的反射3方面的贡方面的贡献。献。2.2水水环境遥感物理机理环境遥感物理机理11单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式成都信息工程学院资源环境学院成都信息工程学院资源环境学院v对于对于清水

12、（清水（H2O），），无任何溶解或悬浮物质：无任何溶解或悬浮物质：浅层表现为无色，水深为浅蓝色。浅层表现为无色，水深为浅蓝色。反射波谱从可见光到近红外波段呈递减的趋势：反射波谱从可见光到近红外波段呈递减的趋势：2.2水水环境遥感物理机理环境遥感物理机理1）水的光谱特征水的光谱特征v由水本身物质组成决定，又受各种水状态影响。由水本身物质组成决定，又受各种水状态影响。在蓝在蓝-绿光波段反射率绿光波段反射率4%-5%4%-5%，0.6um0.6um以下的红光部分反射率降到以下的红光部分反射率降到2%-3%2%-3%，近红外部分几乎吸收全部的入射能量，近红外部分几乎吸收全部的入射能量，因此水体在这两个

13、波段的反射能量很小。因此水体在这两个波段的反射能量很小。v在热红外，晚上比陆地地物亮，白天则相反。在热红外，晚上比陆地地物亮，白天则相反。v在微波雷达中回波强度因镜面反射而很小。在微波雷达中回波强度因镜面反射而很小。12单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式成都信息工程学院资源环境学院成都信息工程学院资源环境学院2.2水水环境遥感物理机理环境遥感物理机理v对于对于自然水体，自然水体，反射波谱受水自身光学特性影响外，反射波谱受水自身光学特性影响外，还受水体内组分，如浮游生物、叶绿素、泥沙及其还受水体内组分，如浮游生物、叶绿素、泥沙及其他物质的影响，这些不同组分浓度的增加，往往使他物质的

14、影响，这些不同组分浓度的增加，往往使水体反射率升高。水体反射率升高。v含泥沙的浑浊水体含泥沙的浑浊水体在可见光在可见光-近红外整体反射率增近红外整体反射率增加，在红光附近出现反射峰，且增长幅度随悬浮泥加，在红光附近出现反射峰，且增长幅度随悬浮泥沙的浓度与粒径而增加。沙的浓度与粒径而增加。v随泥沙含量增加，峰值波长向长波方向移动，但因随泥沙含量增加，峰值波长向长波方向移动，但因其在其在0.93um处存在近红外的强吸收，峰值波长处存在近红外的强吸收，峰值波长位置不越过该值。位置不越过该值。v因此，因此，0.6m0.7m左右是左右是定量分析悬浮泥沙定量分析悬浮泥沙的最佳波段之一。的最佳波段之一。13

15、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式成都信息工程学院资源环境学院成都信息工程学院资源环境学院v近年我国部分水域遭受不同程度的污染，其中最近年我国部分水域遭受不同程度的污染，其中最普遍的是水体富营养化，促使藻类等水生生物大普遍的是水体富营养化，促使藻类等水生生物大量繁殖。量繁殖。v水生生物体中的叶绿素与藻胆素等会改变纯水在水生生物体中的叶绿素与藻胆素等会改变纯水在近红外波段近红外波段的强吸收性，使曲线多少显示出近红的强吸收性，使曲线多少显示出近红外的外的“陡坡陡坡”效应（图），其程度则取决于水生效应（图），其程度则取决于水生生物量的多寡。生物量的多寡。v由此提供了遥感监测海洋赤潮和湖

16、泊富营养化暴由此提供了遥感监测海洋赤潮和湖泊富营养化暴发水华的依据。发水华的依据。2.2 水体的光谱特征水体的光谱特征14单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式成都信息工程学院资源环境学院成都信息工程学院资源环境学院水体清澈时，对短波的散射能力强，水体影像水体清澈时，对短波的散射能力强，水体影像呈蓝色；呈蓝色；水体混浊时，影像呈绿色或黄绿色。水体混浊时，影像呈绿色或黄绿色。v水面的反射波谱主要受如下因素决定：水面的反射波谱主要受如下因素决定：纯水及浮游生物或叶绿素、悬浮物、黄色物质纯水及浮游生物或叶绿素、悬浮物、黄色物质等水中组分的光学特性；等水中组分的光学特性；浅水、清澈水体底质光学特性；浅水、清澈水体底质光学特性；日照角度与观测角度；日照角度与观测角度；水面的入射辐射；水面的入射辐射；水表面粗糙度；水表面粗糙度；气气-水界面的相对折射率。水界面的相对折射率。2.2 水环境遥感物理机理水环境遥感物理机理v受水体光谱特征的影响，受水体光谱特征的影响，水体的影像特征水体的影像特征表现为：表现为：15单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版标题样式成都信息工程学院资源环境学院成都