资源环境遥感复习

资源环境遥感第一章资源环境遥感及其发展1.环境遥感的概念：广义：以探测地球表层系统及其动态变化为目的的遥感技术，可理解为涉及大气、水（包括海洋）、生态环境等所有遥感活动的代名词。狭义：利用遥感技术探测和研究环境污染的空间分布、时间尺度、性质、发展动态、影响和危害程度，以便采取环境保护措施或制定生态环境规划的遥感活动。此处仅指遥感技术在环境科学研究中的应用。2.资源环境遥感的特点:资源环境遥感在数据获取上具有多层次、多时相、多功能等特点，在应用方面具有多源数据处理、多学科综合分析、多维动态监测和多用途的特点。多空间尺度性多时间尺度性多用途性多学科综合性3.空间（地面）分辨率：指遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小，即传感器能够把两个目标作为清晰的实体，记录下两个目标物之间最小的距离，是用来表征影像分辨地面目标细节能力的指标。通常用像元大小、像解率或视场角来表示。4.光谱分辨率：指传感器所能记录的电磁波谱中，某一特定的波长范围值，波长范围值越宽，光谱分辨率越低。5.时间分辨率：对同一目标进行探测时，相邻两次探测的时间间隔内目标变化情况的分辨能力6.多空间尺度性：巨型环境特征（大陆架、洋流等）：千米级，气象卫星、海洋卫星大型环境特征（资源调查、环境质量评价等）：百米级，陆地系列卫星中型环境特征（作物估产、污染监测等）：50m尺度，较高分辨率陆地系列卫星小型环境特征（工程设计、水库建设等）：米级，高分辨率商业卫星或航空遥感7.多时间尺度性：超短期（台风、森林火灾、污染事故等）：小时，卫星与地面遥感监测结合短期（洪水、作物旱情等）：天，多时相遥感信息对比分析中期（作物长势等）：季节，多年遥感数据和抽样统计分析长期（水土流失、城市变化等）：年，遥感图像和历史资料超长期（地壳变形等）：遥感图像和其他间接标志8.多用途性:水环境遥感；大气环境遥感；生态环境遥感；…9.多学科综合性：遥感；环境；地理信息系统（GIS）；全球定位系统（GPS）10.国外资源环境遥感进展：水环境遥感:水域变化、水体沼泽化、富营养化、泥沙污染、废水污染、热污染SeaStar于1997年8月发射，传感器SeaWiFS（海洋观测宽视场传感器）大气环境遥感:臭氧监测、气溶胶及微量气体反演（PM2.5、CO2、SO2等）、酸沉降、沙尘暴TOMS（1978）、EOS-AURA（2004）陆地生态环境、资源遥感：美国Landsat系列陆地卫星；美国EOS；日本地球观测卫星ADEOS；欧空局Envisat；法国SPOT卫星；IKONOS、QUICKBIRD、WORLDVIEW等高分辨率卫星11.我国资源环境遥感进展：风云一号、风云二号、资源一号卫星、资源二号卫星、海洋一号卫星2008年9月6日，我国首个环境与灾害监测预报小卫星星座环境一号A、B卫星在太原卫星发射中心通过一箭双星方式成功发射。环境与灾害检测预报小卫星(2+1)星座包括两颗光学小卫星和一颗合成孔径雷达小卫星(称为环境一号A、B、C卫星)。星座的主要任务是对灾害、生态破坏、环境污染进行大范围、全天候、全天时动态监测，为紧急救援、灾害救助及恢复重建提供科学依据。2012年11月19日，我国在太原卫星发射中心用“长征二号丙”运载火箭，将环境一号卫星C星成功送入太空。本次发射的环境一号卫星C星是我国环境与灾害监测预报小卫星星座3颗卫星中的1颗合成孔径雷达小卫星。12.我国环境遥感应用存在的问题：稳定可靠的数据来源环境遥感监测的指标体系环境遥感应用的技术规范体系卫星遥感应用系统建设13.环境遥感应用需求：环境质量监测、评价与污染趋势预报水环境遥感：水资源遥感监测；水质遥感监测；海洋水色遥感；洪水灾害监测。大气环境遥感：大气污染监测；沙尘暴监测；气象遥感。生态环境遥感：土地资源遥感监测；植被遥感监测；土地退化遥感监测。灾害和环境事故遥感环境卫星遥感技术第二章水环境遥感1.水环境概述：水环境是由地球表层水圈所构成的环境，它包括在一定时间内水的数量、空间分布、运动状态、化学组成、生物种群和水体的物理性质。水环境是一个开放系统，它与土壤－岩石圈、大气圈、生物圈乃至宇宙空间之间存在着物质和能量的交换关系。2．水环境特点：水体状态的可变性水体物质组成的差异性水体时空分布的不均一性水的可循环性3.水体污染类型：感官性状污染需氧物质污染无机污染植物营养物质污染有毒化学物质污染油污染病原体污染放射性污染热污染4.水质指标：物理性水质指标化学性水质指标生物学水质指标5.水体污染源：点源：点状形式排放而使水体造成污染的发生源。工业废水、城市生活污水。非点源：又称水污染面源，以面积形式分布和排放的污染物造成的水体污染发生源。6.水环境遥感原理：水环境的遥感监测多是对地表各种水体进行空间识别、定位、及定量计算面积、体积或模拟水体动态变化。随着遥感基础研究的进展，对水体本身的光谱特性有了深入研究，同时进行许多水质光谱数据测试。对水体的遥测也转换到水体属性特征参数的定量测定，如水深的控制、悬浮泥沙浓度的测定、和绿素含量的测定，以及污染状况的监测等。0.6μm~0.7μm左右是定量分析悬浮泥沙的最佳波段之一。0.47μm~0.55μm是遥感探测清洁水深的最佳波段。7.水资源遥感监测：遥感在水文水资源方面的应用，包括水资源的调查、流域规划、水域面积分布及变化、径流估算、水深、水温、冰雪覆盖、土壤水分监测、冰雪监测、河口海岸带及浅海地形调查、海洋调查研究等方面。特别是在人类足迹难以到达的荒凉地区，遥感技术可成为水文、水资源调查的有效手段。8.海洋应用：利用遥感图像可进行海岸带岸线测量、河口及近岸悬浮泥沙迁移，以及海洋环境监测，诸如海水温度、盐度、水深、洋流、波浪、潮沙等海洋诸要素的测量，对海洋的开发具有重要意义。遥感图像可提供大尺度、现实性强、多层次、全天候、客观逼真的丰富信息，为海洋研究及指导海洋渔业生产提供了基础。9.水文要素遥感研究：(1)水位-面积和流域界定；(2)水深探测；(3)水温探测；(4)径流估算10.水域变化监测:(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11.水质遥感监测：利用遥感技术能迅速、同步地监测大范围水环境质量状况及其动态变化，在这些方面弥补了常规监测手段的不足，因此引起许多环境科学工作者的重视。就精度而言，遥感方法通常低于常规监测方法，但遥感技术正是通过这种精度上的损失，换取了水环境研究的区域性、动态性和同步性，这正是把遥感技术应用于水环境研究的意义所在。为了便于用遥感方法研究各种水污染，习惯上将其分为富营养化、悬浮泥沙、石油污染、废水污染、热污染和固体漂浮物等几种类型。12.叶绿素浓度信息提取方法：用遥感方法估算叶绿素浓度，国内外许多学者已经做了大量工作，已有多种用遥感辐射率估算叶绿素浓度的光学生物算法。归纳起来，大致有经验算法（基于回归模型）、神经网络模型法、光谱混合分析法等几种算法。13.悬浮固体信息提取方法：回归方法色度模型和主成分变化光谱混合分析法14.石油污染遥感监测：紫外监测油污染；红外监测油污染；微波监测油污染第三章大气环境遥感1.大气环境遥感的基本概念：掩星：掩星是一种天文现象，指一个天体在另一个天体与观测者之间通过而产生的遮蔽现象。测量的是已知特征信号通过大气的一部分时，由于大气的作用而发生的变化。散射：测量的是沿入射波方向与偏离该方向的散射波特性发射：测量的是发射辐射的谱特性及其强度2.大气环境遥感的探测：温度探测成分探测气压探测测风密度探测3.大气的吸收：吸收电磁辐射是物质的普通性质，是指电磁辐射与物体作用后，转化为物体的内能。根据吸收的强弱和随波长的变化，吸收分为两种：一般吸收:在电磁辐射的整个波段内都有吸收．且吸收率随波长的变化几乎不变的吸收。选择吸收:在一些波段上吸收很大．而一些波段上吸收很少，即吸收率随波长的变化有急剧变化的吸收。吸收太阳短波辐射的主要气体是H2O，其次是O2和O3，吸收太阳长波辐射的主要气体是H2O其次是CO2和O24.大气的散射：散射是指电磁辐射与结构不均匀的物体作用后，产生的次级辐射无干涉抵消，而是向各个方向传播的现象，它实质是反射、折射和衍射的综合反映。散射主要发生在可见光波段．其性质和强度取决于大气中分子或微粒的半径r与被散射光的波长λ二者之间的相互对比关系。5.散射的类型：散射能力的大小常用散射系数来表达a.瑞利散射。当λ＜＜r，发生的散射称瑞利散射．它的散射强度与入射辐射波长的四次方成反比其中：γ为散射系数，λ为波长入射辐射的波长短，辐射能力愈强b.米氏散射。当λ=r时，发生的散射称米氏散射，其散射程度约与波长的二次方成反比。c.非选择性散射（粗粒散射）。当λ＜＜r时，发生的散射称粗粒散射，其散射强度与波长无关，是非选择性散射。大气中的液、固态水和固体杂质r＞1μm，都大于可见光的波长(λ＜r)，因此它们对可见光散射出的辐射呈白色．如云、雾等呈白色即是这个原因6.大气的成分及分布：地球大气由多种气体和悬浮于其中的固体粒子或气体粒子（称为大气气溶胶）所组成。在地球大气的气体成分中，水汽是最重要、最活跃的，它不但造成云雨雷电、天气变化，而且在地球的生态系统中起着重要作用。多种气体成分组成的干洁空气、水汽（可处于气、固、液三态之中的一态）及悬浮的气溶胶粒子。7.大气参数的垂直分布探测：大气温度和湿度探测卫星云迹风探测8.主要大气成分遥感监测：大气成分中的温室气体，通过它的辐射效应改变着地气系统的辐射平衡和气候变化，使之成为全球变化研究中最受重视的部分之一。（1）臭氧监测（2）温室气体监测9.气溶胶定义和来源：大气中悬浮着的各种固体和液体微粒，尺度在10-4微米到100微米之间PM2.5是气溶胶。PM，英文全称为particulatematter(颗粒物），是评价某一地方空气质量的重要指标。PM包括PM2.5（大气中直径小于2.5微米的可入肺颗粒物，2013年2月28日，“PM2.5”规范中文名，正式命名为“细颗粒物”。），PM10（直径小于10微米的可吸入颗粒物）。PM的单位一般为（即每立方米多少毫克）。自然：尘粒、烟粒、海洋中浪花飞溅的盐粒、花粉、流星飞逝后留下的灰烬，火山尘埃等；人为：煤、油及其他矿物燃料的燃烧物质，以及车辆产生的废气排放至空气中的大量烟粒等。10.四种基本气溶胶类型：水溶性粒子尘状粒子烟尘粒子海盐粒子11.气溶胶的影响（研究和监测大气气溶胶的意义）：大气气溶胶通过散射与吸收阳光对地球系统辐射平衡有重要的影响；气溶胶粒子在很多生物地球化学循环中起着重要的作用；气溶胶构成大气污染源，如沙尘暴、烟尘等；气溶胶影响对地观测。12.气溶胶的遥感采样：获取气溶胶特性，分析和研究其目标特性要进行遥感采样，包括时空采样、光谱采样和辐射采样，即将目标特性时间域、空间域、光谱和辐射上的连续信息量转化为离散信息量。13.利用卫星遥感监测气溶胶，面临的就是如何选择最优采样的问题:气溶胶人为排放源的搜索——空间分辨率高气溶胶输送路径和迁徙方向——时间分辨率高大气校正的气溶胶输入——光谱选择是否合适3/gm气溶胶光学参数高精度反演——多角度观测细颗粒物光学参数反演——偏振遥感14.遥感采样与目标精度：卫星监测的目标是获得满足于应用需要的目标特性的结果，而是否满足需要与精度相关。由于在不同尺度下对研究对象、过程的细节描述程度的不同。随着研究尺度的变化，表征目标指标时空变异的参数值也随之变化，直接影响估值的不确定性，因此，定量描述目标的三个关键要素：空间尺度、时间尺度、精度是相互依赖，相互制约，构成立方体。卫星遥感发展的原则是不断提高光谱、空间、时间分辨率，加强多角度、偏振信息，提升目标反演精度，用于获取不同气溶胶特性。这是通过耦合多维参量求得最优解的过程。15.城市热岛的危害：持续的高温，不仅会使体弱者中暑，而且使人心律加快，引起情绪烦燥，精神萎靡，食欲不正，思维反应迟纯，降低工作效率和生