基于水色指数的大范围长时序湖库水质遥感监测研究

《基于水色指数的大范围长时序湖库水质遥感监测研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、博士学位论文基于水色指数的大范围长时序湖库水质遥感监测研究作者姓名：王胜蕾指导教师:张兵研究员中国科学院遥感与数字地球研究所李俊生副研究员中国科学院遥感与数字地球研究所AndrewN.TylerProfessorUniversityofStirling学位类别:理学博士学科专业:地图学与地理信息系统培养单位:中国科学院遥感与数字地球研究所2018年6月Large-scaleandLong-timeWaterQualityRemoteSensingMonitoringoverLakesBasedonWaterColor

2、IndexAdissertationsubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhilosophyinCartographyandGeographicInforamtionSystemByWangShengleiProfessorZhangBingSupervisor:AssociateProfessorLiJunshengProfessorAndre

3、wN.TylerUniversityofChineseAcademyofSciencesJune2018中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。作者签名：日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解并同意遵守中国科学院有关保存和使用学位论文的规定，即中国科学院

4、有权保留送交学位论文的副本，允许该论文被查阅，可以按照学术研究公开原则和保护知识产权的原则公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文。涉密及延迟公开的学位论文在解密或延迟期后适用本声明。作者签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要湖泊和水库被称为全球环境变化的哨兵，在过去几十年，全球湖库环境在土地利用和气候变化的驱动下发生了快速变化。利用遥感技术监测全球范围湖库水质现状和长期变化趋势，对于科学认识湖库变化规律和对全球变化的响应具有重要科学意义。由于湖库水体组分和气溶胶都具有光学复杂性

5、且随区域和季节变化大、水体破碎性分布，和陆地临近效应等问题，一直缺少广泛适用的湖库水质遥感监测模型和遥感产品，为大范围长时间湖库水质遥感监测带来了很大挑战。Forel-UleIndex(FUI)水色指数是传统水体光学性质监测数据之一，基于福莱尔比色表（Forel-UleScale）将自然水体颜色由深蓝到红棕色划分为21个颜色级别。FUI水色指数与水质参数变化密切相关，在区域和全球长时间尺度监测水质方面具有很强潜力和优势。本文将FUI水色指数作为大尺度湖库水质监测研究的切入点，分析FUI与湖库水体光学特性之间的联系，与

6、大范围不同类型湖库水体水质参数之间的关系，挖掘FUI水色指数在大范围长时序湖库水体水质参数反演上的能力。本文以基于FUI水色指数的大范围长时序湖库水体水质参数反演为主题，开展了水体营养状态评价、透明度反演和固有光学量反演研究，主要研究内容包括以下5个方面：1）设计面向大型湖库水质监测的MODIS地表反射率产品预处理方案，面向大气校正、水体提取、光学浅水、冰雪覆盖以及云覆盖等关键问题提出处理方案，为进行大范围长时序水质遥感监测提供了基础。2）基于全球湖库水体光谱数据库，构建针对不同光谱分辨率遥感图像的FUI水色指数和色

7、度角提取算法。3）在全球不同类型的湖库水体实测采样数据以及模拟数据分析基础上，构建了基于MODISFUI水色指数和红波段辅助的全球湖库水体营养状态评估模型，首次完成了2012年全球大型湖库水体营养状态评价和制图，并进行了全球空间格局分析。4）基于中国26个不同类型湖库数据集，以及模拟数据集分析，构建了基于MODISFUI水色指数和色度角的中国大型湖库水体透明度估算模型，在大范围湖I基于水色指数的大范围长时序湖库水质遥感监测研究库中透明度估算精度达69.0%。首次生产了2000-2014年全国湖库透明度长时间序列遥感产

8、品，分析了长时间变化趋势和驱动因素。5）探索了FUI水色指数与水体固有光学量之间的联系，提出了利用FUI水色指数和水体透明度Zsd两个历史水色参量反演水体吸收系数和后向散射系数的模型，为获得水体固有光学量提供了新的思路，也为获得卫星时代之前的水体固有光学量数据提供了有效途径。本文的研究结论主要有以下4个方面：1）FUI水色指数在不同传感器图像之