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1、 2 主要内容主要内容 2 2 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 4 4 水污染遥感水污染遥感 1 1 水环境概述水环境概述 3 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 的物理性质。的物理性质。 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
2、 水环境概述水环境概述 4 水环境遥感监测水环境遥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。 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
3、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 水环境概述水环境概述 5 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，总 量占水中溶解固体的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1 6 水中微量元素水中微量元素-溴、碘、铜、钴、镍、氟、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，
4、 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，悬浮态的要比溶，悬浮态的要比溶 解态的低数百倍到数千倍，甚至铬、铅也主要解态的低数百倍到数千倍，甚至铬、铅也主要 呈溶解态，呈溶解态，溴溴比河水高数千倍，比河水高数千倍，硼硼比河水高数比河水高数 百倍，百倍，锶、碘、氟、锂锶、碘、氟、锂高几十倍。高几十倍。 河水进入海洋，微量元素溶解性发生本质上的分河水进入海洋，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配，微量元素的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1 7 物理性质物理性质 温度温度水
5、温随季节变化，但月均温低于大气月水温随季节变化，但月均温低于大气月 均温，且各部分温差不大。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或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。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的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、有机物导致阻碍程度，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，天各种无机盐离子使水具有电导率，天 然水
6、电导率低，污染水电导率高然水电导率低，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2 8 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
7、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2 9 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
8、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3 10 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-生活污水、食品加工和造纸工业生活污水、食品加工和造纸工业 排放的污染导致水难闻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
9、 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3 11 在可见光波段在可见光波段0.6um之前，水的吸收少、反射之前，水的吸收少、反射 率较低、大量透射。其中水面反射率约率较低、大量透射。其中水面反射率约5%左右左右 ，并随着太阳高度角的变化呈，并随着太阳高度角的变化呈3%-10%不等的不等的 变化；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物 质反射及质反射及水中悬浮水中悬浮物质的反射物质的反射3方面的贡献。方面的贡献。 2.2水水环境遥感物理机理环境遥感物理机理 12 对于对于清水（清水（H2O），
10、），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 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%4%- -5%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%2%- -3%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
11、这两个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。 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。 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。 13 2.2水水环境遥感物理机理环境遥感物理机理 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。 含泥沙的浑浊水体含
12、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。 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。 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。 14 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
13、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。 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“陡坡”效应（图），其程度则取决于水生外的“陡坡”效应（图），其程度则取决于水生 生物量的多寡。生物量的多寡。 由此提供了遥感监测海洋赤潮和湖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 15 水体清澈时，对短波的散射能力强，水体
14、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。 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 受水体光谱特征
15、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： 16 就是指它们的吸收和散射特性。就是指它们的吸收和散射特性。 对水体的反射波谱影响最大的组分：对水体的反射波谱影响最大的组分： 纯水纯水-含水分子自身及一些可溶性盐无其他物质含水分子自身及一些可溶性盐无其他物质 浮游植物浮游植物-水表层普遍存在的、微小的、自由漂水表层普遍存在的、微小的、自由漂 浮的有机体。浮的有机体。 悬浮物悬浮物-包含所有浮游植物组分没有包含的无机包含所有浮游植物组分没有包含的无机 质，如泥沙、盐类。质，如泥沙、盐类。 黄色物质黄色物质-有色可溶性的有机物质，是一种由腐有色可溶性的有机物质，是一种
16、由腐 殖质和棕黄酸构成的有机溶解物质，也包括吸殖质和棕黄酸构成的有机溶解物质，也包括吸 收性与黄色物质非常接近的一些岩屑物质。收性与黄色物质非常接近的一些岩屑物质。 2.2 水环境遥感物理机理水环境遥感物理机理 2）水体及其组分的光学特性水体及其组分的光学特性 17 就是指含水分子自身及一些可溶性盐无其他物质。就是指含水分子自身及一些可溶性盐无其他物质。 吸收系数吸收系数：水体的吸收能量与入射能量的比值。：水体的吸收能量与入射能量的比值。 纯水光谱纯水光谱吸收特性吸收特性： 可见光区，蓝光透射率最大，红光衰减最强；可见光区，蓝光透射率最大，红光衰减最强； 与散射比较，纯水对光的衰减主要由吸收引起与散射比较，纯水对光的衰减主要由吸收
