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鄱阳湖水质参数遥感反演及营养状况评价

作　者: 黄国金
导　师: 刘成林
学　校: 南昌大学
专　业: 水利水电工程
关键词: 鄱阳湖遥感反演富营养化评价 MODIS
分类号: TP79
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

水资源是生态系统的血液,是地球环境中最重要和最有活力的因素。由于受到经济快速发展、工业化进程以及其它人为活动的影响,全球淡水资源日趋衰竭,湖泊、河流水体污染以及富营养化现象日益加重。基于遥感技术的水质监测方法相比于常规的水质监测方法,具有范围广、速度快、成本低、便于长期动态监测等优势。以鄱阳湖为研究区,基于实地水质采样、光谱仪器测量、MODIS影像三种同步数据。实测光谱分析表明,鄱阳湖呈现Ⅱ类水体共有的特性,叶绿素a浓度较低,峰值不明显,悬浮物具有明显的峰值。采用基于影像特征的Chavez黑像元选择法对MODIS影像进行大气校正,将校正后的单波段、波段组合反射率与叶绿素a浓度、悬浮物浓度做peason相关分析,结果显示：叶绿素a与反射率相关性较高,出现了大量的波段及波段组合,最佳反演波段为500m分辨率的(B2+B7)；悬浮物具有时空特性,只与少数波段或波段组合具有显著的相关性,最佳反演波段为500m分辨率的(B2-B7)。基于最佳波段分析,分别采用统计回归和BP网络两种方法建立遥感反演模型,并用实测的样本数据对两种反演模型进行检验。结果显示：具有较强辐射分辨率的500m数据比250m数据反演效果好；BP网络在样本数量充足时用来构建非线性映射模型,相对于常规的统计回归建模方法显示出更强的非线性映射能力。最后,对实测的水质参数浓度之间进行了pearson分析,发现悬浮物与透明度之间存在非常显著的相关关系并用统计回归的方法得到了悬浮物与透明度的数学表达式,结合卡尔森营养状态指数和修正的营养状态指数公式,得到了基于遥感技术的TSI指数计算模型。结合同步MODIS影像,应用模型生成了鄱阳湖丰水期的TSI指数分布图。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第1章引言  9-17
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 湖泊水质遥感国内外研究现状  10-14
    1.2.1 卫星传感器  10-11
    1.2.2 大气校正模型  11-12
    1.2.3 水体光学特性测量  12-13
    1.2.4 水体辐射传输  13-14
    1.2.5 水色参数反演方法  14
  1.3 湖泊营养化状况评价方法国内外研究现状  14-15
  1.4 研究内容和技术路线  15-17
    1.4.1 研究内容  15-16
    1.4.2 研究技术路线  16-17
第2章湖泊水色遥感基本理论  17-32
  2.1 湖泊水色遥感原理  17-18
  2.2 湖泊水质监测指标  18-22
    2.2.1 常规水质监测指标  18-20
    2.2.2 遥感水质监测指标  20-22
  2.3 湖泊水色遥感反演模型构建方法  22-32
    2.3.1 分析方法  23-24
    2.3.2 经验方法  24-25
    2.3.3 半经验方法  25-26
    2.3.4 其它反演方法  26-32
第3章数据获取与处理  32-46
  3.1 研究区概况  32
  3.2 水质采样数据  32-36
    3.2.1 野外采样方法  32-33
    3.2.2 实验室检测与数据预处理  33-36
  3.3 光谱测量数据  36-38
    3.3.1 光谱测量设备与方法  36
    3.3.2 反射率计算  36-38
    3.3.3 归一化光谱数据  38
  3.4 MODIS影像数据  38-46
    3.4.1 MODIS数据主要特点  39-40
    3.4.2 数据获取  40-43
    3.4.3 数据处理  43-46
第4章水色参数敏感波段分析  46-53
  4.1 水质参数光谱特征  47-48
    4.1.1 叶绿素a光谱特征  47
    4.1.2 悬浮物光谱特征  47-48
  4.2 水质参数光谱特性分析  48-49
  4.3 基于实测光谱的敏感波长分析  49-51
    4.3.1 叶绿素a敏感波长分析  49-50
    4.3.2 悬浮物敏感波长分析  50-51
  4.4 基于MODIS数据的水色参数敏感波段分析  51-53
    4.4.1 叶绿素a敏感波段分析  51-52
    4.4.2 悬浮物敏感波段分析  52-53
第5章水色参数反演模型构建  53-67
  5.1 统计回归反演模型  53-57
    5.1.1 基于MODIS数据的叶绿素a反演模型构建  53-55
    5.1.2 基于MODIS数据的悬浮物反演模型构建  55-56
    5.1.3 统计回归模型的检验  56-57
  5.2 BP网络反演模型  57-66
    5.2.1 BP网络设计  57-59
    5.2.2 BP网络反演叶绿素a浓度  59-63
    5.2.3 BP网络反演悬浮物浓度  63-66
  5.3 反演模型比较  66-67
第6章营养状况评价  67-78
  6.1 湖泊富营养化的成因与危害  67-68
  6.2 湖泊营养状况评价指标  68-69
  6.3 湖泊营养状况评价方法  69-72
    6.3.1 卡尔森营养状态指数  69-70
    6.3.2 修正的营养状态指数  70
    6.3.3 综合营养状态指数法  70-71
    6.3.4 营养度指数法  71-72
    6.3.5 评分法  72
  6.4 鄱阳湖营养状况评价  72-78
    6.4.1 湖泊水体营养状况评价标准  72
    6.4.2 营养化评价指标之间相关分析  72-74
    6.4.3 基于遥感技术的鄱阳湖营养状况评价模型  74
    6.4.4 模型应用  74-78
第7章结论与展望  78-81
  7.1 结论  78-79
  7.2 进一步的工作方向  79-81
致谢  81-82
参考文献  82-87
攻读学位期间的研究成果  87

鄱阳湖水质参数遥感反演及营养状况评价

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