太湖富营养化水体的比辐射率差异及其热红外温度反演

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1、硕士学位论文太湖富营养化水体的比辐射率差异及其热红外温度反演作者姓名:林亚森指导教师:阎福礼副研究员中国科学院遥感与数字地球研究所学位类别:工程硕士学科专业:电子与通信工程培养单位:中国科学院遥感与数字地球研究所2018年6月EmissivityDifferenceandThermalInfraredTemperatureRetrievalofTaihuLakeeutrophicwaterbodyAthesissubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesinpartialfulfillmentoftherequire

2、mentforthedegreeofMasterofEngineeringinElectronicsandCommunicationEngineeringByLinYasenSupervisor:AssociateResearcherYanFuliInstituteofRemoteSensingandDigitalEarthChineseAcademyofSciencesJune2018中国科学院大学研究生学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或

3、集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。作者签名：日期：中国科学院大学学位论文授权使用声明本人完全了解并同意遵守中国科学院有关保存和使用学位论文的规定，即中国科学院有权保留送交学位论文的副本，允许该论文被查阅，可以按照学术研究公开原则和保护知识产权的原则公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文。涉密及延迟公开的学位论文在解密或延迟期后适用本声明。作者签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要水体温度是描述水体及水环境的重要指标，影响着水体与空气之间的水分、能量转

4、移平衡，能够调节局部气候，也控制着水生植物、浮游动植物及其他微生物的生长繁殖，从而影响整个生态链。利用热红外遥感数据能够快速准确地反演得到水体皮层温度（skintemperature），在这一反演过程中，水体比辐射率是重要参数。测量数据表明水体比辐射率受水体组分的影响，随水体组分变化而变化，但目前研究水体成分对水体比辐射率影响的文献十分匮乏，绝大多数水体温度遥感研究都将该参数视为恒定值，在对水质复杂、藻类与悬浮物浓度高的二类水体进行温度反演时会存在较大误差。针对这一问题，本文选择以高浓度藻类和高浓度悬浮物为典型特征的太湖水体作为研究对象，分析了蓝藻及悬浮物的存在对于

5、水体比辐射率及水体温度反演的影响。实验使用NicoletiS50傅里叶红外光谱仪搭配PIKE积分球，分别测定了不同浓度蓝藻和悬浮物下的水体比辐射率，提出了一种基于蓝藻和比辐射率浓度的水体比辐射率计算模型，并利用该模型对特定日期的太湖水体比辐射率以及表面温度反演结果进行了空间分析与精度评价。结果表明，高浓度蓝藻与悬浮物的存在对于水体比辐射率与温度反演有显著影响。水体比辐射率随悬浮物浓度上升在MODIS31、32波段减小，随蓝藻浓度上升在MODIS31、32波段分别出现小幅下降和上升，随蓝藻和悬浮物浓度上升温度反演结果均升高，在同时考虑叶绿素a和悬浮物的情况下，最大偏差

6、达到1.21℃，在悬浮物浓度较低情况下叶绿素a对温度反演的最大影响约为0.86℃，在叶绿素a浓度较低情况下悬浮物对温度反演的最大影响约为0.98℃。在所有温度反演验证点中，平均温度反演精度提高了0.41℃。其中87.5%的验证点处温度反演结果得到改善，误差减小，其平均反演精度提高了0.57℃。实验结果表明引入比辐射率修正函数能够有效抑制蓝藻及悬浮物带来的比辐射率估计误差，提高水体表面温度的反演精度。实验进行了相同光照条件下高密度蓝藻水华水体的温度响应规律分析。针对温度计测量精度不一致、温度响应存在差异的情况，对实验温度计的温度响应关I太湖富营养化水体的比辐射率差异及

7、其热红外温度反演系进行了统一标定；在此基础上，设计了相同光照条件下的水体表层温度、水体下层温度的同步观测实验。实验结果表明：对于含有高密度蓝藻的太湖湖水样本，其表层水体的日间温度比洁净水体高3~4℃，夜间温度比洁净水体低1~2℃；其下层水体的日间温度比洁净水体低1~2℃，夜间温度比洁净水体高出1~2℃。实验证实，蓝藻覆盖对水体比辐射率响应影响显著，在太阳光照下，水面聚集的高密度蓝藻能够有效提高水体表层的温度响应效率，有显著的增温效应，这将极大促进春季蓝藻水华的生长发育，对蓝藻水华灾害的早期预警至关重要。关键词：蓝藻，悬浮物，比辐射率，温度反演IIAbstract