摘 要

作为中国第三大淡水湖的太湖，水体富营养化程度向来比较严重。水质监测的重要参数包括水体中的悬浮物、有色可溶性有机物和叶绿素a等，这些水质参数的改变，会导致水面反射率和水体光学特性的变化。在水质参数浓度与水体光谱特性关系的基础上，通过水质参数的反演，能够实现对湖泊水质大体上的监测。

本文通过环境一号卫星CCD相机拍摄的太湖2014年3月、7月、12月与2016年3月、6月、12月六张卫星影像，结合地面实测太湖水体叶绿素a浓度，反演影像拍摄时刻太湖水体叶绿素浓度空间分布状况。通过ENVI5.3相关功能模块对环境一号卫星影像数据进行读取、定标、图像配准以及模型参数反演并运用ArcGIS10.2进行出图，基本得出太湖部分水域叶绿素a浓度的变化情况，实现初步监测太湖水质富营养化状况。从而为太湖水资源环境的保护、水污染防治等提供参考依据。

关键词：太湖 水质 遥感 环境一号卫星

Remote Sensing Monitoring of Taihu Lake Water Quality Based on Environmental Satellite

Abstract

As Taihu Lake, China's third largest freshwater lake, the degree of eutrophication of water bodies has always been more serious. The important parameters of water quality monitoring include suspended matter, colored soluble organic matter, and chlorophyll a in water bodies. Changes in these water quality parameters will lead to changes in water surface reflectance and optical properties of the water body. The use of remote sensing techniques will enable water quality parameter concentration and water spectral characteristics. Based on the relationship, water quality parameter inversion can be used to achieve a general monitoring of the water quality of the lake.

In this paper, the satellite images of Lake Taihu were taken in March, July and December of 2014 and six months of March, June and December of 2016 in conjunction with the ground to measure the concentration of chlorophyll a in Taihu Lake. Spatial Distribution of Chlorophyll Concentration in Taihu Lake Water Body . The reading, calibration, image registration, and model parameter inversion of the image data of environment satellite No. 1 were performed through the relevant functional modules of ENVI 5.3 and maps were generated using ArcGIS 10.2. The variation of chlorophyll a concentration in some waters of Taihu Lake was basically obtained. To achieve initial monitoring of the eutrophication status of Taihu Lake. This will provide reference for the protection of water resources and environmental protection in Taihu Lake and water pollution control.

Key words: environmental satellite; Taihu; remote sensing; monitoring

目录

题 目：基于环境小卫星的太湖水质遥感监测 I

基于环境小卫星的太湖水质遥感监测 I

摘要 I

Remote Sensing Monitoring of Taihu Lake Water Quality Based on Environmental Satellite II

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.1.1太湖水环境 1

1.1.2蓝藻与叶绿素a 1

1.2遥感反演依据 2

第二章 获取与处理数据 3

2.1获取数据 3

2.2处理数据 4

2.2.1读入和定标 4

2.2.2太湖矢量边界 4

2.2.3影像图配准 5

2.2.4光谱响应函数 8

2.2.5FLAASH大气校正 9

2.2.6剪裁湖区 10

2.3地面实测数据 11

第三章 绿素a浓度反演 13

3.1反演方法 13

3.2反演过程 13

3.2.1反演模型建立 14

3.2.2进行反演 14

第四章 结果分析 16

4.1专题图制作 16

4.2对比与分析 17

4.2.1 2014年不同时期 17

4.2.2 2016年和2014年同期对比 19

4.3对比结果分析 21

4.4太湖水体富营养化原因分析 23

4.4.1自然因素 23

4.4.2人为因素 23

第五章 结论与展望 25

参考文献 26

致谢 26

绪论

1.1研究背景

1.1.1太湖水环境

位于江苏省和浙江省交界的太湖是中国第三大淡水湖，其东边坐落着历史文化名城苏州市，以西是宜兴市，以南是湖州市，以北是无锡市。太湖地处北纬30°和东经120°之间的亚热带地区，季风气候明显。随着太湖周边城市的密集，工业的发展，自然因素以及人为污染造成的水体富营养化自上世纪80年代后期就一直伴随着太湖。2007年太湖暴发严重的蓝藻危机，造成水源地水质受到严重污染，无锡市近200万居民的生活受到影响。虽然太湖蓝藻危机已经过去十年，十年间太湖水环境总体有所改善，但是蓝藻集聚现象依然时常发生，因此，利用遥感技术对太湖水质的监测具有重要意义。

1.1.2蓝藻与叶绿素a

蓝藻是一种大型单细胞原核生物，含叶绿素a，无叶绿素b，一般呈蓝绿色，大量聚集时呈绿色，是藻类中最原始的类群之一。蓝藻的适应性很强，其在淡水、海水甚至热水中均能生存。湖水中过度繁殖的蓝藻使得水中溶解氧的含量大幅降低，导致鱼类、虾类等水生物的大量死亡，细菌分解死亡的水生物和蓝藻的尸体产生更多有害物质，又造成更多水生物死亡的恶性循环，因此水质不断恶化。

蓝藻依赖叶绿素进行光合作用，叶绿素分为叶绿素a（呈蓝绿色）、叶绿素b（呈黄绿色）等，在藻类生物，如蓝藻等，大量聚集发生水华现象的水面，多呈大片蓝绿色浮沫，同时水体叶绿素a浓度急剧上升。叶绿素a最大的吸收光的波长位于420-663nm的红光区，通过对叶绿素a浓度的测定，可以估测水体藻类数量，以反映水体富营养化程度。

1.2遥感反演依据

进入水体的太阳辐射，其能量的一部分被水体中的悬浮物质、有色可溶性物质、叶绿素等吸收并转化为热能，另一部分经由水体散射而离开水面。水色反演就是利用卫星传感器接收到的离水反射率信号，借助水体生物一光学模型，反演获得影响离水反射率的水体光学成分的浓度[1]。可以这样简单的说：水体离水反射率的改变体现在水体的吸收和散射特性的改变，本质上是水体中某些光学成分浓度的改变引起的光学性质的改变。通过卫星传感器接收信号的变化，针对一种或多种光学成分，从中分离出反应水体光学成分含量的有用信息，利用生物一光学模型，可反演水体中的一种或者多种重要光学成分含量[2]。与传统的水体采样监测不同，遥感技术带来了实现快速大范围监测蓝藻的可能。

第二章 获取与处理数据

2.1获取数据

使用“环境一号”卫星HJ-1的A、B两星拍摄的多光谱影像照片。

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