不同波长的光对水体的透射作用 和穿深能力不同，所以在水体不 同波段的光谱实际反映了不同厚 度水体的信息特征。如蓝-绿波 段的穿透深度约为10~20 m，红 波段穿透浓度约2 m。 清水不同深度的光谱特征
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水深
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含沙量
浑浊水体的反射波谱曲线整体高于清水，水色随浑浊度增加，由蓝 色向绿色、黄色转变。 随泥沙浓度加大，波谱反射峰值向长波方向移动（红移）。
悬浮泥沙 固体废物
热污染
——
富营养化 赤潮
0- +15 （0- +30） 0- +15 （-5- +30）
注：表内数字是指理想值，括弧内的数字是最低限度允许值。
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3 水污染
太湖蓝藻的遥感监测（landsat TM）
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遥感水文存在问题
受到遥感技术自身局限性的制约，应用过程中尚具有 如下问题 ： (1)遥感的尺度（空间、时间）与研究区水文尺度差别 (2)遥感数据的精度偏低 (3)现行的遥感数据提取水文变量方法应用范围较窄， 缺乏普适性
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土壤含水量遥感
• 光学遥感监测土壤水分
o 被动微波遥感：主要是通过微波辐射计获得土 壤的亮温温度，然后通过物理模型反演土壤水 分或与土壤湿度建立经验统计模型 o 主动微波遥感：通过试验数据的相关分析建立 土壤湿度与后向散射系数之间的经验函数
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3 水环境遥感
• 分析遥感影像，获得水体的分布、泥沙、 叶绿素、有机质等的状况和水深、水温等 要素信息。
石油污染
—— 0.15 （0.15） 0.15 （0.15） 温度分辨率 0.2C (1C) 0.05 （0.15） 0.015 （0.015）
2-4小时 （1天） 2小时 （1天） 5小时 （10天） 2小时 （10天） 2天 （14天） 5小时 （2天）
注意光晕 0-+15 （-5-+30） 0- +15 （-5-+30）
云的形式 无云 云低而密
灰
白
白
白
云高而稀
浓厚（积雨云）
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蒸发量遥感
• 遥感可为蒸发量的计算提供以下数据：
o 辐射信息：如太阳辐射、地表反照率和净辐射 o 地表植被覆盖信息，如植被类型、覆盖率、叶 面积指数、冠层结构等 o 表面的水分状况和温度信息
• 将以上信息与传统蒸发量计算方法相结合
o 统计经验法 o 能量平衡法 o 数值模型法
遥感数据的获取与处理
分析结果、图表 输出
接 收
预处 理
用户应用 处理
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电磁波谱
遥感水文的优势
（1）可一次性获取大范围的地物信息
（2）信息量大，全天候监测 （3）收集资料方便，无地域局限性 （4）收集资料快捷
1 水体的光谱特性
• 从水体中得到的遥 感光谱信号是多种 信号的复合体，它 包括了大气散射及 水面、水底的反射 以及水体中多种综 合因素的散射辐射。
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水域面积
• 遥感研究水域的演变
o 水域面积大，变化快，形态独特；水在各波段 具有明显的特性；水域演变后多能在原地保留 一定湿度和形态
• • • • （1）河流、水系变化 （2）湖泊演变 （3）河口三角洲演变 （4）海岸带演变
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水域面积
渤海海域海冰监测图像
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水深
随水深增加，水体对光谱组成的 影响增大，在水深20 m处，近红 外波段的通量已几乎不存在。蓝 -绿波段对研究水深和水底特征 是有效的。
水体中叶绿素的光谱信号、悬浮泥 沙、污染物、流场等的光谱信号。
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1 水体的光谱特性
水面反射光：约3.5%到达水面的光被直接反射。反射强度与 水面性质有关，如水面冰层、水面浮游生物等。
透射进入水中的光大部分被水分子和水中其它物质吸收和散 射，强度与浑浊度等有关，浑浊度越大，水下散射光越强。
衰减后的水中散射光部分到达水体底部形成底部反射光，它 的强度与水深负相关，且随着水体浑浊度的增大而减小。 水中光：水中散射光的向上部分及浅水条件下底部反射光共 同组成，或称离水反射辐射。
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3 水污染
• 内陆水体中决定光谱反射率的污染物质
o 浮游植物，主要是藻类 o 由浮游植物死亡而产生的有机碎屑以及陆生或 湖体底泥经再悬浮而产生的无机悬浮颗粒，总 称为非色素悬浮物（以下简称悬浮物） o 由黄腐酸、腐殖酸组成的溶解性有机物，通常 称为黄色物质
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3 水污染
污染类型 生态环境变化 遥感影像特征
随泥沙浓度加大，可见光对水体的透射能力减弱，反射能力加强。
泥沙的定量遥感一般通过理论模型或经验模型进行反演。
不同泥沙含量水体的反射光谱曲线
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水温
水体热容大，热惯量在，昼夜温差小，在热红外波段有明显特征。
全球海面温度分布
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叶绿素含量
不同叶绿素含量水体的反射光谱曲线
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3 水环境遥感
• 遥感传感器记录的是地表物体的电磁波辐 射特性（强弱变化及空间变化），因此只 有在较大程度上直接或间接影响水体的电 磁波辐射性质的水环境化学物质才有可能 通过遥感技术加以探测，并非所有水环境 化学研究的内容都可以辅以遥感手段。
• 气象卫星
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降雨量遥感
• 气象卫星
雷达回波图。 图中雷达回波， 颜色数值越高 表示云雨系统含 水量愈多，但不 能直接代表地面 降水量的多寡。
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降雨量遥感
• 气象雷达 • 气象卫星
o 基本原理：通过监测云层高度和厚度推测降雨 量。 o 卫星不发出探测能量，而是被动地接收云层辐 射的红外线或反射的可见光，故分类为被动遥 测。 o 以配置的仪器，所提供的卫星影像图，最常用 到的可分有可见光云图与红外线云图。 o 多用于大面积降雨估算
富营养化
浮游生物含量高
悬浮泥沙
水体浑浊
石油污染
油膜覆盖水面
废水污染
水色水质发生变化
热污染
固体漂浮物
水温升高
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3 水污染
水质遥感对影像的要求
遥感参数 测定项目 地面分辨 率(m) 10-30* （300） 20 （500） 10 （200） 30 （500） 100 （2000） 30 （2000） 光谱分辨率 (m) 波长范 围(nm) 紫外、 可见、 微波 350-800 400-700 350-800 400-700 10-20m (1014m) 400-700 400-700 摄影周期 视场角(离铅直 方向的角度) 摄影范围 (kmkm) 200200 （2020） 350100 （1010） 3535 （1010） 3535 （1010） 350350 （3535） 350350 （20100）
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原理 云滴反射阳光拍摄而成， 可见光云图 只有白天才有资料。 量测云顶本身向外辐射的 红外线云图 红外线强度而成，24小时 都有数据。
颜色 较厚的云反射较强，在可 见光云图上愈亮(愈白) 云顶愈高，温度愈低，辐 射出的红外线愈弱，在红 外线云图上愈亮(愈白)。
可见光云图 黑 白
红外线云图 黑 灰
不同泥沙含量水体的反射光谱曲线
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2 水文过程遥感
• 降雨量 • 蒸发量 • 土壤含水量
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降雨量遥感
• 气象雷达
o 气象雷达发射某一特定频率无线电波，大气中 云滴反射回此一特定频率的信号 o 由接收到反射信号的时间可推知云雨所在的位 置。 o 由反射信号强度分布可推知云雨区的结构与水 分子的多寡与分布。 o 气象雷达多用于局部短期降雨监测
水环境遥感模型在不同地区、不同时段应用 时要注意适用性。
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以上水体的散射和反射发生在一定深度的水体，称为体散射。 水体的光谱特征主要表面为体散射，而非表面反射。
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1 水体的光谱特性
纯水在 400～ 1100 nm之间的吸收和散射特性
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1 水体的光谱特性
蓝波段对水体有较大的 透射能力，因此该波段 的色调可反映水深和浅 水区的水下地形。 水体的反射率很低，随波长 增大逐渐变低，在近红外的 遥感影像上，清澈的水体呈 黑色。确定地面有无水体， 应选择近红外波段影像。
利用遥感数据计算 蒸发量的优势？
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土壤含水量遥感
土壤含水量热红外技术
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土壤含水量遥感
• 光学遥感监测土壤水分
o 热惯量法：利用热红外遥感影像反演下垫面温 度，建立与土壤热惯量、土壤水分含量的关系 o 植被指数法：被认为植被的缺水状况可以通过 不同的遥感植被指数来表征，通过植被指数来 间接估算土壤水分 o 作物缺水指数法：作物缺水指数是土壤水分的 一个度量指标，它是由作物冠层温度值转换来 的，是利用热红外遥感温度和常规气象资料来 间接的监测植被条件下的土壤水分
在彩色红外图像上呈红褐色或紫红色, 在MSS7图像上呈浅色调 在MSS5像片上呈浅色调,在彩色红外片上呈淡蓝、 灰白色调,浑浊水流与清水交界处形成羽状水舌 在紫外、可见光、近红外、微波图像上呈浅色调, 在热红外图像上呈深色调,为不规则斑块状 单一性质的工业废水随所含物质的不同色调有差异, 城市污水及各种混合废水在彩色红外像片上呈黑色 在白天的热红外图像上呈白色 或白色羽毛状,也称羽状水流 各种图像上均有漂浮物的形态
(4)遥感数据参数化和特征值提取方法尚不完善
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只有在较大程度上直接或间接影响水体的电 磁波辐射性质的水环境化学物质（如泥沙、 叶绿素、有机质等）才有可能通过遥感技术 加以探测，并非所有水环境化学研究的内容 都可以辅以遥感手段。
水环境遥感数据的解释，必需建立在水文过 程机理基础上，不能只通过数学上的数值相 关得出结论。
遥感水文
• 1 水体的光谱特性 • 2 水文过程遥感 • 3 水环境遥感
遥感特征