MODIS数据应用

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1、MODIS数据应用——陆地部分郑伟博士研究生中国科学院地理科学与资源研究所全国生态环境监测与评价技术培训班2021/7/241本报告参考的主要研究成果王正兴.中科院地理资源所博士论文.2006（土地分类）石瑞香.中科院地理资源所博士论文.2003（蝗灾监测）郭广猛.中科院地理资源所博士论文.2004（火灾监测）宋冬梅.中科院地理资源所博士后报告.2005（土地分类）马龙.中科院地理资源所博士论文.2005（NPP估算）赵冰茹.中科院地理资源所博士论文.2005（草地监测）曹云刚.中科院地理资源所博士论文.2006（雪盖监测）郑伟.中科院地理资源所博士论文初稿（洪灾监测）索玉霞.中科院地理资源

2、所硕士论文初稿（土地分类）张　博等.湖泊水质遥感研究进展.水科学进展.2007.王艳红等.基于分区的太湖叶绿素a遥感估测模型.河海大学学报.2007.焦红波等.基于高光谱遥感反射比的太湖水体叶绿素a含量估算模型.遥感学报.2006.祝令亚等.应用MODIS监测太湖水体叶绿素a浓度的研究.遥感信息.2006.2021/7/242报告提纲湖泊水质监测土地覆盖分类NPP计算草地估产自然灾害监测2021/7/24312021/7/2441.1湖泊水质遥感监测传统水质监测方法：实地采样、实验室分析优点：精度高缺点：点上进行，费时、费力、成本高。难以对大面积水域进行同步测试。遥感水质监测方法：优点：宏观

3、、动态、成本低。它既可以满足大范围水质监测的需要，也可以动态跟踪污染事件的发生、发展。2021/7/2451.2湖泊水质遥感监测的主要指标湖泊水体的光谱特征受到很多水质组分的影响，其中与光谱成明显相关关系的水质指标是:浮游植物、黄色物质、悬浮物、溶解性有机碳、浑浊度等。叶绿素:常用于估测浮游植物的生产力和生物量，也是反映水体富营养化程度的一个重要参数。黄色物质:黄色物质对光谱有很大的影响，且影响生物化学过程，它对可见光和紫外线有很强的吸收作用。悬浮物:总悬浮物(TSPM)分为有机悬浮物(SPOM)和无机悬浮物(SPIM)。SPOM由不同的藻类组成，因此在光谱上可能存在不同；不同的颗粒来源和粒

4、径在光谱上也存在着差别。2021/7/2461.3水质遥感监测中的误差来源及解决方法水质遥感监测走向实用化的障碍是精确度问题。主要误差来源有：地面同步采样误差：浅水区船只扰动。解决方法：船只停稳一段时间后再采样。卫星传感器接收水面水质信号弱：水面反射小，变化范围小，通常情况下离水时10%，到达卫星传感器时，只有不到1%。解决方法：精确的大气校正、地面光谱修正卫星数据。影响反射光谱的诸多因素：水面波浪粗糙度、入射光角度、镜面反射、蒸发、大气等。解决方法：镜面反射模型可估计水面糙率(减少风的影响)，同时减少太阳入射角影响。微波传感器可以减少水面温度和糙率的影响。同谱异物问题：不同浓度组分配比情况

5、下，光谱有可能大致相同。这种原因造成反演模型的解可能不唯一。需要研究每一项组分的波谱变化与浓度之间的关系，在光谱微小的变化中，找到水质变化的信息。解决方法：反演模型中再加入与光谱有关系的水质指标。算法误差：湖泊水质遥感模型的适用性会随着空间和季节的变化有不同的适用性。定量的水质遥感模型仅在同一类水体的同一时期或湖泊的某一个分区内，模型才比较准确。解决方法：发展考虑季节和空间变化的模型，分季节分水域建立模型。（张博等,2007）2021/7/2471.4湖泊水质遥感反演方法水质遥感反演可分为3种方法:反射率经验公式法；各组分散射和吸收经验公式法；荧光法。反射率经验公式法：是利用水质组分与某一波

6、段反射率或吸收率，或者不同波段之间的比值之间的相关关系建立相关方程。按数学手段可以分为相关分析法、人工神经网络方法、线性方程组法、主成分分析法。按所取光谱自变量可以分为单波段相关法、波段比值法、波段微分法。2021/7/2481.5研究实例-研究区太湖湖体面积2250km2，平均水深2m，是一个大的浅水内陆湖泊。近些年来，由于受到环湖地区工业发展的影响，太湖的水质遭到破坏，出现了富营养化现象，严重影响了区域社会经济发展。太湖叶绿素a(Chl-a)是水质监测的重要参数之一，其质量浓度是湖泊富营养化的重要标志。中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据因具有光谱分辨率高、观测周期短、全球免费获取等优势

7、，在遥感水质监测中受到越来越多的重视。2021/7/2491.5研究实例-研究思路分析太湖水体实测光谱数据和叶绿素a质量浓度的相关关系。对比MODIS波段，找出反演叶绿素a质量浓度的最佳波段。对太湖进行分区，应用MODIS数据建立各分区的估测模型。（王艳红等,2007）2021/7/24101.5研究实例-数据介绍叶绿素a质量浓度：表层水质采样叶绿素a质量浓度在1.18~52.44μg/L之间，均值为14.0