水質(zhì)遙感理論、方法及應(yīng)用

內(nèi)容概要

　　《水質(zhì)遙感理論方法及應(yīng)用》(作者張淵智、陳楚群、段洪濤)主要介紹水質(zhì)遙感的基本原理、數(shù)據(jù)處理方法及其應(yīng)用實(shí)例，包括基本概念、發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀，以及目前所面臨的一些瓶頸問(wèn)題。從光學(xué)遙感輻射的物理基礎(chǔ)出發(fā)，首先描述了水質(zhì)遙感的基本原理及其光學(xué)特性的物理意義，接著介紹水色遙感大氣校正方法及其研究意義，然后重點(diǎn)論述水質(zhì)遙感光學(xué)數(shù)據(jù)處理方法和應(yīng)用實(shí)例，此外結(jié)合目前水質(zhì)遙感研究的最新進(jìn)展，增加了激光雷達(dá)和微波遙感數(shù)據(jù)的處理方法及應(yīng)用，最后指出未來(lái)水質(zhì)遙感的發(fā)展趨勢(shì)及其研究重點(diǎn)。
　　《水質(zhì)遙感理論方法及應(yīng)用》有機(jī)整合水體的光學(xué)特性和遙感數(shù)據(jù)處理方法，通過(guò)許多實(shí)例，不僅系統(tǒng)地介紹光學(xué)遙感在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用，而且給出了光學(xué)遙感數(shù)據(jù)與微波遙感數(shù)據(jù)復(fù)合的應(yīng)用實(shí)例，還簡(jiǎn)單介紹了激光雷達(dá)和微波遙感的應(yīng)用潛力，基本涵蓋了水質(zhì)遙感應(yīng)用的各個(gè)方面，同時(shí)注重理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，便于讀者掌握理論知識(shí)并開(kāi)展實(shí)際應(yīng)用研究。

作者簡(jiǎn)介

　　張淵智，芬蘭赫爾辛基工業(yè)大學(xué)科學(xué)博士?，F(xiàn)任香港中文大學(xué)太空與地球信息科學(xué)研究所教授，主要從事遙感應(yīng)用和地球系統(tǒng)科學(xué)的教學(xué)及研究工作?！　∽?988年開(kāi)始，分別在中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所、荷蘭國(guó)際航空航天測(cè)量與地球科學(xué)研究院（ITC）、芬蘭赫爾辛基工業(yè)大學(xué)和加拿大舍布魯克（Sherbrooke）大學(xué)學(xué)習(xí)與工作。尤其是自1996年參加歐盟“水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)”研究項(xiàng)目以來(lái)，對(duì)國(guó)際上本領(lǐng)域的前沿研究動(dòng)態(tài)及研究方法有較為清楚的認(rèn)識(shí)與把握，并成功地應(yīng)用光學(xué)遙感數(shù)據(jù)和微波遙感數(shù)據(jù)的復(fù)合方法估算芬蘭灣主要水質(zhì)參數(shù)。已發(fā)表國(guó)際期刊論文50余篇，包括著名的遙感雜志如Remote Sensing of Environment和IEEE Transactions on Geoscience &Remote Sensing等o 2003年獲歐盟“201 OEU環(huán)境展望”獎(jiǎng)。

書(shū)籍目錄

第1章　概述
　1．1　水質(zhì)遙感的基本概念
　1．2　水質(zhì)遙感的機(jī)理
　1．3　水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)的主要指標(biāo)
　1．4　水質(zhì)遙感的主要方法
　1．5　水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)的常用數(shù)據(jù)
　　1．5．1　衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)
　　1．5．2　航空遙感數(shù)據(jù)
　　參考文獻(xiàn)
第2章　水質(zhì)遙感的歷史與現(xiàn)狀
　2．1　水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)的目的及意義
　　2．1．1　水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)的目的
　　2．1．2　水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)的意義
　2．2　水質(zhì)遙感的研究新進(jìn)展
　　2．2．1　遙感及遙感技術(shù)的新進(jìn)展
　　2．2．2　水質(zhì)定量遙感的新進(jìn)展
　　參考文獻(xiàn)
第3章　水質(zhì)遙感的基本原理
　3．1　光學(xué)遙感輻射基礎(chǔ)
　　3．1．1　電磁波譜描述
　　3．1．2　電磁輻射度量
　　3．1．3　電磁輻射定律
　3．2　水體光學(xué)性質(zhì)
　　3．2．1　固有光學(xué)性質(zhì)
　　3．2．2　表觀光學(xué)量
　　3．2．3　自然水體中重要的光學(xué)組分
　3．3　輻射傳輸
　　3．3．1　輻射傳輸方程
　　3．3．2　大氣輻射傳輸
　　3．3．3　水氣界面輻射傳輸
　　3．3．4　水體輻射傳輸
　　參考文獻(xiàn)
第4章　水質(zhì)遙感大氣校正
　4．1　大氣校正理論基礎(chǔ)
　　4．1．1　大氣分子的吸收與散射作用
　　4．1．2　氣溶膠的吸收散射作用
　　4．1．3　海表面對(duì)光輻射的影響
　　4．1．4　矢量輻射傳輸方程及其求解
　4．2　水色遙感數(shù)據(jù)大氣校正標(biāo)準(zhǔn)方法
　　4．2．1　歸一化離水輻射率
　　4．2．2　大氣校正基本原理
　　4．2．3　單次散射校正法
　　4．2．4　多次散射校正法
　　4．2．5　大氣漫散射修正
　4．3　二類(lèi)水體遙感數(shù)據(jù)常見(jiàn)大氣校正方法
　　4．3．1　最佳鄰近法校正方法
　　4．3．2　迭代校正方法
　　4．3．3　光譜匹配和光譜優(yōu)化校正方法
　　4．3．4　兩個(gè)短波紅外波段的校正方法
　　參考文獻(xiàn)
第5章　光學(xué)數(shù)據(jù)處理方法
　5．1　野外數(shù)據(jù)測(cè)定方法
　　5．1．1　表觀光學(xué)特性測(cè)量
　　5．1．2　水質(zhì)參數(shù)測(cè)定方法
　　5．1．3　固有光學(xué)特性測(cè)量
　5．2　數(shù)據(jù)分析及模型構(gòu)建
　　5．2．1　表觀光學(xué)特性數(shù)據(jù)
　　5．2．2　固有光學(xué)特性數(shù)據(jù)處理
　5．3　衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)模型構(gòu)建
　　5．3．1　MERIS數(shù)據(jù)模型應(yīng)用
　　5．3．2　TM數(shù)據(jù)模型應(yīng)用
　　參考文獻(xiàn)
第6章　激光雷達(dá)與微波數(shù)據(jù)處理方法
　6．1　激光雷達(dá)技術(shù)及其應(yīng)用
　　6．1．1　激光雷達(dá)簡(jiǎn)介
　　6．1．2　機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理及產(chǎn)品
　　6．1．3　激光雷達(dá)的應(yīng)用
　　6．1．4　激光雷達(dá)在水體探測(cè)及監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用
　6．2　合成孔徑雷達(dá)技術(shù)及其應(yīng)用
　　6．2．1　SAR基本概念
　　6．2．2　SAR工作原理
　　6．2．3　SAR現(xiàn)狀與發(fā)展
　　6．2．4　SAR海面成像原理
　　6．2．5　SAR遙感海洋與水環(huán)境應(yīng)用
　　參考文獻(xiàn)
第7章　海岸及內(nèi)陸水質(zhì)遙感應(yīng)用實(shí)例
　7．1　遙感監(jiān)測(cè)河口及海岸水體重要水色要素的應(yīng)用實(shí)例
　　7．1．1　研究區(qū)域
　　7．1．2　采樣航次與站位
　　7．1．3　水色采樣及分析
　　7．1．4　珠江口葉綠素光譜特征分析
　　7．1．5　熒光包絡(luò)面積計(jì)算
　7．2　遙感監(jiān)測(cè)海岸水體熱污染監(jiān)測(cè)的應(yīng)用實(shí)例　
　　7．2．1　研究區(qū)域
　　7．2．2　衛(wèi)星數(shù)據(jù)
　　7．2．3　算法的發(fā)展及精確性分析
　　7．2．4　結(jié)果和討論
　7．3　內(nèi)陸湖泊葉綠素a濃度遙感監(jiān)測(cè)
　　7．3．1　研究區(qū)域
　　7．3．2　數(shù)據(jù)采集及處理說(shuō)明
　　7．3．3　葉綠素a濃度反演模型
　　7．3．4　太湖葉綠素a濃度遙感估測(cè)
　7．4　煙臺(tái)近海水體葉綠素濃度遙感估算　
　　7．4．1　研究區(qū)域
　　7．4．2　高光譜數(shù)據(jù)的測(cè)量與處理
　　7．4．3　葉綠素濃度的獲取
　　7．4．4　葉綠素濃度反演精度討論
　　7．4．5　葉綠素濃度的遙感反演
　　7．4．6　研究區(qū)葉綠素濃度的季節(jié)變化
　7．5　遙感在水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用
　　7．5．1　研究區(qū)域
　　7．5．2　野外調(diào)查及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)
　　7．5．3　SeaWiFS數(shù)據(jù)處理
　　7．5．4　CPI遙感算法的建立
　　7．5．5　水質(zhì)等級(jí)與綜合污染指數(shù)的轉(zhuǎn)化
　7．6　芬蘭水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)例
　　7．6．1　研究區(qū)域
　　7．6．2　研究方法與結(jié)果
　　參考文獻(xiàn)
第8章　水質(zhì)遙感的發(fā)展趨勢(shì)
　8．1　水質(zhì)遙感的發(fā)展趨勢(shì)
　8．2　水質(zhì)遙感的應(yīng)用前景
　　參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　為了預(yù)防污染，減少經(jīng)濟(jì)損失，確保我們的后代能夠使用未受破壞的資源，對(duì)水體的監(jiān)測(cè)的實(shí)施和適當(dāng)?shù)墓芾硎欠浅Ｖ匾摹鹘y(tǒng)的定點(diǎn)采樣的方法一方面在空間上難以得到大范圍的異質(zhì)的水質(zhì)參數(shù)，另一方面，在時(shí)間上很難得到水質(zhì)的時(shí)間變化。然而，很難實(shí)地監(jiān)測(cè)所有的河口和海區(qū)，衛(wèi)星遙感技術(shù)使之成為可能。遙感獲得的空間圖像可以用于各種水質(zhì)相關(guān)的應(yīng)用，包括水質(zhì)評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)模型、各種重要環(huán)境過(guò)程的監(jiān)測(cè)（土地覆蓋變化、富營(yíng)養(yǎng)化、藻華、赤潮等）。遙感技術(shù)正好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的缺陷，以其實(shí)時(shí)、高效、持久、數(shù)據(jù)量大、觀測(cè)范圍廣的優(yōu)點(diǎn)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重要作用?！　?.1.2水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)的意義　　水體水質(zhì)的遙感監(jiān)測(cè)突破了船舶或浮標(biāo)的定點(diǎn)觀測(cè)，遙感從一個(gè)新的視角、大尺度、動(dòng)態(tài)地觀測(cè)水體水質(zhì)分布及變化。水質(zhì)遙感可以實(shí)現(xiàn)大范圍的赤潮監(jiān)測(cè)（潘德?tīng)t，2001）。葉綠素是水體中重要的組成成分，葉綠素主要存在于水體浮游植物中，浮游植物的大量繁殖是水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要表現(xiàn)形式（韓菲，2003），而富營(yíng)養(yǎng)化又是赤潮發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)。當(dāng)赤潮發(fā)生時(shí)，有些赤潮生物可以分泌有害物質(zhì)，危害水體生態(tài)環(huán)境；有些赤潮生物含有毒素，魚(yú)類(lèi)、貝類(lèi)等食用后在體內(nèi)累積，這些魚(yú)類(lèi)、貝類(lèi)被人類(lèi)食用后可造成中毒甚至死亡；有些赤潮藻類(lèi)雖然無(wú)毒，但是由于吸收水體中大量的氧氣，造成水體缺氧，危害水質(zhì)和水生生物。所以赤潮的監(jiān)測(cè)和預(yù)防對(duì)水質(zhì)、水生生物以及人類(lèi)都具有非常重要的意義（張朝賢，2000）。水質(zhì)遙感反演可以從空間快速獲取大量的海面水質(zhì)的信息，為赤潮預(yù)報(bào)和監(jiān)測(cè)提供重要的研究手段（楊肖琪和林敏基，1997）。

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