洪泽湖的重要性不单单是因为它是南水北调东线工程的重要调蓄的水库,更重要的是因为一旦洪泽湖的水环境产生变化,该变化不但会影响自身的水质的变化,存在一定的安全隐患,同时也会使沿湖地区甚至整个淮河流域经济的发展产生阻碍,不利于淮河地区的可持续发展。
因此当水体中悬浮物含量过高时,会产生较严重的后果,一方面使水体变浑浊,降低了水的透明度,影响了水体的外观,另一方面会产生物理作用变化引起光反射,影响了水生植物的光合作用,从而使溶解氧进入水中受到一定的妨碍,从而影响水中生物的生命活动,甚至造成死亡。除了对水下生物的影响之外,悬浮物浓度过大还会妨碍表层水和深层水的对流。同时,在航道安全方面,大量泥沙的堆积,会随着水流的变换不断冲刷河道,改变航道,影响船只的正常航行,造成一定的安全隐患。
对水体中悬浮物的监测通常是对水体进行一定范围规模的取样,把这些样本进行整理之后,在实验室进行相应的化学分析。由于存在时间空间的限制,使得这一过程最后所得的结果只是针对某一区域的准确度较高,而不能作为湖泊整体水体悬浮物的衡量标准。并且亲力亲需要耗费大量的人力和物力,费时且结果不尽如人意[3]。另外,水质监测急需从点上监测向面上监测发展,从静态监测向动态监测发展,常规的方法也难以实现这一目的[4]。随着社会的进步以及经济的发展,现代科学技术已经产生了质的飞跃,因此在全球科学技术的背景之下,遥感技术也获得了巨大的提升。目前的遥感技术可以大范围对水体进行监测,并且每日均可以产生两幅实时性的遥感卫星影像,并且所需要的成本相对低廉了很多,也修饰了在常规水质悬浮物监测时需要定时定点进行监测的缺点,节省大量的人力、物力和财力,使研究更方便快捷,结果更加准确具有科学性[5]。因此在悬浮物监测中具有明显的优越性。
针对2015年洪泽湖范围的悬浮物浓度的监测,本文使用了洪泽湖水环境遥感监测系统,对洪泽湖2015年一整年中所监测的MODIS影像进行了处理,分析了2015年一年内悬浮物含量的时空变化。运用遥感影像进行分析,一方面能够快速、全面掌握悬浮物时空上的浓度变化信息,另一方面也可以有效地进行对水体环境和水体生物的考察,并且提供必要的基础的资料模型,从而更加准确快捷的对洪泽湖水质的进行监测和调节。
2 数据和方法
2。1 数据来源
对洪泽湖悬浮物的监测,主要是依赖于搭载在美国国家航空航天局的Terra和Aqua两颗卫星上的传感器——MODIS(中分辨率成像光谱仪)来进行作业的。作为新一代地球观测传感器,它的分辨率水平明显有所提高,目前可以对36个中等分辨率水平进行扫描,并且可以覆盖可见光、近红外、远红外的光谱波段,光谱范围大约在0。4-14。4μm之间,扫描宽度为2330000m。其中1-2波段间的空间分辨率为250m,第三至第七波段的空间分辨率则为0。5km,8-36波段的空间分辨率为1000m[6]。湖泊科时间分辨率很高(每天成像两次),辐射分辨率也很高(12bit,而TM数据为8bit),且可以免费获取,适宜进行大范围的动态监测[7]。
洪泽湖水环境对悬浮物的监测系统需要用到的为Terra星和Aqua星,根据这两科卫星上数据0。25km、0。5km、1km分辨率最后得到的地表反射率产品及在1000m分辨率上得到的定位文件,以上文件均可从NASA的陆地过程分布式数据档案中心(The Land Processes Distributed Active Archive Center,LP DAAC/NASA)下载。文献综述
针对MODIS卫星图像的大气校正,首先需要遍历各个像元,再寻找清洁像元。因此必须需找到足够多的清洁像元,为了达成这一要求,我们需要借助气象数据来进行判断,哪个像元是清洁的。除上述条件之外,还需要NASA提供的气象数据,采用的气象数据包括水汽(文件名第九,第十位是“00”)、臭氧(文件后缀名为“OZONE”)、风速风向(文件名第九,第十位是“06”)、相对湿度(文件名第九,第十位是“12”)[8]。