水体环境高光谱遥感方法

遥感技术可以实现大面积的同步观测，还能满足长时间动态观测的需求，为水体研究提供了巨大的资料库，现存的遥感卫星影像数据覆盖了相当大部分水体的环境参数信息，为开展大范围水环境研究提供了一个科学有效的技术手段。而高光谱遥感是遥感技术发展的一项重大突破，它是根据光谱曲线的形态来识别地面物体，并利用成像光谱仪在连续的几十个甚至几百个光谱通道获取地物辐射信息，极大的拓宽和深化了水体遥感的应用水平。高光谱遥感可为湖泊、河流、海洋等水体的水质水环境分析和观测提供无可替代的观测手段，为内陆、近岸以及开阔大洋水体的研究提供重要的数据支撑。本书主要以我国国产卫星GF-5为例，全面介绍了国内外相关高光谱卫星的情况，以及高光谱遥感数据使用过程中涉及到的大气校正、光学参数获取、水体参数反演等部分内容，详细介绍了水体高光谱遥感的近期新研究进展和系列成果，为水体高光谱遥感技术的进一步发展提供了宝贵的实践参考，为我国生态保护、水环境监测提供了重要的科学依据和建议。

目录
第1章 绪论1
1.1 我国湖泊环境问题概况1
1.1.1 水污染与富营养化问题2
1.1.2 湖泊萎缩与干涸问题3
1.1.3 水生态系统退化问题4
1.1.4 生物多样性受损问题5
1.2 水环境遥感监测现状6
1.2.1 表观光学量和固有光学量的遥感监测现状6
1.2.2 水质参数和水体富营养化的遥感监测现状7
1.2.3 水华时空分布的遥感监测现状8
1.2.4 水体类型划分的遥感监测现状9
1.3 高光谱遥感监测能力评估概述10
1.3.1 典型高光谱遥感卫星载荷10
1.3.2 高光谱遥感能力比较12
第2章 水体高光谱大气校正方法14
2.1 大洋水体高光谱大气校正方法14
2.1.1 I类水体大气校正算法14
2.1.2 海洋光学浮标区域实测和遥感数据18
2.1.3 海洋光学浮标区域大气校正结果19
2.2 沿岸水体高光谱大气校正方法21
2.2.1 II类水体大气校正算法22
2.2.2 高光谱大气校正分层剥离方法24
2.2.3 香港附近海域高光谱大气校正结果25
2.2.4 黄河口海域高光谱大气校正结果27
2.3 内陆水体高光谱大气校正方法29
2.3.1 基于光谱优化算法的大气校正方法30
2.3.2 陆海一体化的高光谱大气校正方法31
2.3.3 太湖高光谱大气校正结果分析34
2.3.4 鄱阳湖高光谱大气校正结果分析37
第3章 水体固有光学量高光谱遥感方法44
3.1 水体IOPs辐射传输模型45
3.1.1 水体辐射传输方程45
3.1.2 水体固有光学量特性46
3.1.3 水体IOPs组分模型47
3.1.4 水体吸收特性分析48
3.2 大洋水体的IOPs半分析算法51
3.2.1 基于QAA的IOPs半分析反演算法构建53
3.2.2 遥感反射率构建54
3.2.3 IOPs反演结果分析56
3.3 中低浑浊水体的IOPs半分析算法58
3.3.1 基于GRI的IOPs半分析反演算法构建59
3.3.2 QAA-GRI算法结果分析63
3.3.3 QAA-GRI算法不确定性分析68
3.4 高浑浊水体的IOPs半分析算法70
3.4.1 高浑浊水体IOPs反演算法QAA_74070
3.4.2 QAA_740算法反演结果验证71
3.4.3 水体各成分吸收贡献率分析76
第4章 浮游植物高光谱遥感方法79
4.1 浮游植物吸收光谱和色谱测量79
4.1.1 浮游植物样本情况79
4.1.2 浮游植物吸收系数测量方法81
4.1.3 藻类色素的高效液相色谱测量分析84
4.2 浮游植物的藻类识别方法88
4.2.1 浮游植物藻类对吸收光谱的影响89
4.2.2 基于一阶微分的藻类识别方法93
4.2.3 基于小波分析的藻类识别方法94
4.2.4 基于聚类分析的藻类识别方法98
4.3 浮游植物的遥感反射率模拟101
4.3.1 浮游植物的遥感反射率模拟方法101
4.3.2 浮游植物藻类对遥感反射率的影响106
4.3.3 基于遥感反射率的藻类识别方法108
第5章 叶绿素a浓度高光谱遥感反演方法111
5.1 内陆水体叶绿素a浓度反演算法111
5.1.1 遥感影像和现场测量数据111
5.1.2 面向多波段的叶绿素a浓度反演112
5.1.3 面向高光谱的叶绿素a浓度反演116
5.2 叶绿素a浓度硬分类反演方法119
5.2.1 硬分类反演方法119
5.2.2 C1类水体反演结果分析122
5.2.3 C2类水体反演结果分析124
5.2.4 C3类水体反演结果分析126
5.3 叶绿素a浓度软分类反演方法128
5.3.1 软分类反演方法129
5.3.2 软分类反演方法结果精度评价132
5.4 藻蓝蛋白遥感反演方法136
5.4.1 藻蓝蛋白吸收特性137
5.4.2 藻蓝蛋白反演测量138
5.4.3 藻蓝蛋白反演结果140
第6章 有色可溶性有机物高光谱遥感反演方法142
6.1 CDOM吸收特性分析142
6.1.1 典型湖泊CDOM吸收特性分析143
6.1.2 CDOM的斜率参数特性分析147
6.1.3 实测遥感反射率特征分析148
6.2 CDOM吸收系数反演方法150
6.2.1 CDOM遥感反演经验模型构建150
6.2.2 CDOM遥感反演半分析算法构建152
6.2.3 CDOM遥感反演结果154
6.2.4 算法的不确定性分析160
6.3 高分5号AHSI影像数据反演CDOM结果161
6.3.1 高分5号卫星AHSI高光谱研究区161
6.3.2 高分5号AHSI影像数据获取及处理162
6.3.3 基于高分5号AHSI影像反演CDOM浓度163
6.4 CDOM与其他物质的相关性166
6.4.1 CDOM吸收系数与水质参数相关性分析167
6.4.2 湖泊水体CDOM与DOC吸收关系169
6.4.3 河流水体CDOM与DOC吸收关系170
第7章 悬浮物浓度高光谱遥感反演方法176
7.1 悬浮物浓度对遥感反射率的调制机理176
7.1.1 悬浮物浓度与反射峰值波长关系分析176
7.1.2 悬浮物浓度与反射率峰值关系分析182
7.1.3 悬浮物浓度与反射率导数关系分析183
7.2 悬浮物浓度遥感反演方法186
7.2.1 悬浮物浓度定量遥感反演方法186
7.2.2 近红外波段悬浮物指数模型构建189
7.2.3 悬浮物浓度神经网络法遥感反演192
7.3 悬浮物浓度高光谱遥感反演195
7.3.1 鄱阳湖悬浮物浓度高光谱遥感反演195
7.3.2 太湖悬浮物浓度高光谱遥感反演198
7.3.3 黄河口海域悬浮物浓度高光谱遥感反演199
7.3.4 香港附近海域悬浮物浓度高光谱遥感反演200
第8章 漫射衰减系数与透明度高光谱遥感反演方法203
8.1 漫射衰减系数遥感反演203
8.1.1 采样湖泊漫射衰减系数分布特征203
8.1.2 Kd（PAR）遥感反演207
8.1.3 Kd（490）遥感反演208
8.2 漫射衰减系数时空分析210
8.2.1 不同卫星遥感数据反演一致性分析210
8.2.2 湖泊漫射衰减系数空间分布分析216
8.2.3 典型湖泊漫射衰减系数年内变化分析219
8.3 高分5号高光谱透明度反演221
8.3.1 基于固有光学量反演透明度221
8.3.2 基于水面实测光谱数据反演透明度221
8.3.3 基于高分5号AHSI影像数据反演透明度223
8.4 漫射衰减系数与其他参数的关系224
8.4.1 漫射衰减系数与透明度的关系225
8.4.2 Kd（PAR）与光学活性物质浓度的灰色关联度226
8.4.3 Kd（PAR）与各光学活性物质相关性分析228
第9章 水华与水草高光谱遥感监测方法232
9.1 水华与水草遥感提取方法232
9.1.1 水华与水草遥感指标建立234
9.1.2 基于梯度复杂度的识别方法238
9.2 太湖水华与水草遥感提取方法240
9.2.1 HICO高光谱遥感监测结果分析240
9.2.2 高分5号高光谱遥感监测结果分析243
9.2.3 水华遥感监测精度评价245
9.3 典型湖泊水华遥感监测结果246
9.3.1 呼伦湖水华遥感监测246
9.3.2 兴凯湖水华遥感监测247
9.3.3 巢湖水华遥感监测251
第10章 浅海水深和底质高光谱遥感反演方法254
10.1 珊瑚礁底质光谱实验室测量系统255
10.1.1 珊瑚礁实验室测量装置255
10.1.2 珊瑚礁测量装置原理259
10.1.3 光谱测量结果分析260
10.2 浅海水深高光谱反演模型262
10.2.1 HOPE-PW高光谱浅海水深反演模型264
10.2.2 HOPE-PW和激光雷达测深数据比较267
10.2.3 HOPE-PW和HOPE-BRUCE模型结果比较270
10.2.4 HOPE-PW模型性能分析272
10.3 浅海底质高光谱反演模型276
10.3.1 结合LiDAR的高光谱底质反射率反演算法277
10.3.2 机载高光谱底质反射率反演结果分析278
10.3.3 HOPE-LiDAR底部反射率反演性能分析281
参考文献285