遥感应用——水体遥感

    水体遥感的任务是通过对遥感影像的分析，获得水体的分布、泥沙、有机质等状况和水深、水温等要素的信息，从而对一个地区的水资源和水环境等作出评价，为水利、交通、航运及资源环境等部门提供决策服务。

水体的光谱特征

    太阳光照射到水面，少部分（约占3.5%）被水面反射回空中，大部分入射到水体。入射到水体的光，又大部分被水体吸收，部分被水中的悬浮物（泥沙、有机质等）反射，少部分投射到水底，被水底吸收和反射，部分返回水面，折回到空中。因此遥感器所接收到的辐射就包括水面反射光、悬浮物反射光、水底反射光和天空反射光。由于不同水体的水面性质、水体中悬浮物的性质和含量、水深和水底特性等不同，从而形成传感器上接收到的反射光谱特征存在差异，为遥感探测水体提供基础。

水中光的组成示意图

水体界线的确定

    在可见光范围内，水体的反射率总体上比较低，不超过10%，一般为4%-5%，并随着波长的增大逐渐降低，到0.6µm处约2%-3%，过了0.75µm，水体几乎成为全吸收。因此，在近红外的遥感影响上，清澈的水体成黑色。为区分水陆界线，确定地面上有无水体覆盖，应选择近红外波段的影像。必须指出，水体在微波1mm-30cm范围内的发射率较低，约为0.4%。平坦的水面，后向散射微弱，因此测试雷达影响上，水体成黑色。故用雷达影像来确定洪水淹没的范围也是有效的水段。

不同含沙量水体反射光谱曲线

水体悬浮物质的确定

    遥感能够探测的水中悬浮物主要有两种：一种是无机的泥沙，一种是有机的叶绿素。

    1.泥沙的确定

    含有泥沙的浑浊水体与清水比较，光谱反射特征存在以下差异。

    （1）.浑浊水体的反射波谱曲线整体高于清水，随着悬浮泥沙浓度的增加，差别加大；

    （2）.波谱反射峰值向长波方向移动（“红移”）。清水在0.75µm处反射率接近零；而含有泥沙的浑浊水至0.93µm处反射率才接近与零；

    （3）.随着悬浮泥沙浓度的加大，可见光对水体的透射能力减弱，反射能力加强。

    （4）.波长较短的可见光，如蓝光和绿光对水体穿透能力较强，可反映出水面下一定深度的泥沙分布状况。

    2.叶绿素的确定

    水中叶绿素的浓度与水体反射光谱特征存在以下关系。

    （1）.水体叶绿素浓度增加，蓝光波段的反射率下降，绿光波段的反射率增高；

    （2）.水面叶绿素的浮游生物浓度高时，近红外波段仍存在一定的反射率，该波段影像中水体不呈黑色，而是呈灰色，甚至是浅灰色。

水温的探测

    水体的热容量大，在热红外波段有明显特征。白天，水体将太阳辐射能大量地吸收储存，增加比陆地慢，在遥感影像上表现为热红外波段辐射低，呈暗色调。在夜间，水温比周围地物温度高，反射辐射强，在热红外影像上呈高辐射区，为浅色调。因此，夜间热红外影像可用于寻找泉水，特别是温泉。根据热红外传感器的温度指标，可在热红外影像上反演出水体的温度。

水体污染的探测

    目前，遥感应用于探测水体污染还不是十分有效。但是，当出现下列情况时，有可能采用遥感的方法探测到水体的污染。

    （1）.水体污染物浓度较大且使水色显著地变黑、变红或变黄，并与北京水色有较大的差异时。

    （2）.水体、高度富营养化，受到严重的有机污染，浮游生物浓度高时，与背景水体的差异也可以在近红外波段影响上被识别。

    （3）.水体受到热污染，与周围水体有明显温差，可以在热红外波段影像上被识别。

    （4）.其他情况，如水上油溢污染可使紫外波段和近红外波段的反射率增高，有可能被探测出来。

水体的探测

    蓝光波段对平静、清澈的水体有较大的透射能力，并且水底反射波也较强。这时蓝光波段影响上的灰度可反映水深。

    当水体含沙量较低时，可以利用蓝光波段与绿光波段的比值，求出相对水深。

    水深的探测受泥沙、污染以及气候条件等因素的影像较大，故应用时应综合考虑，根据不同条件，建立分析模型。