近年来,随着社会经济的快速发展,内陆湖泊水生态环境发生了非常大的变化,湖泊水环境现已成为一个全球性的普遍问题。遥感技术具有速度快、监测范围大、成本相对低廉、周期性强等优点,能够弥补常规水质监测方法定时定点的不足,节省大量的人力、物力,因此利用卫星遥感技术进行湖泊水质监测与评价的研究和应用越来越多。此外,MODIS数据具有较高的时间分辨率(0.5d)和光谱分辨率,且有长时间序列数据,可以生产几乎实时的图像,而且该数据质量稳定、获取容易,成本低廉,是非常理想的水环境遥感数据源。太湖等湖泊蓝藻遥感监测已开展,并实现业务化运行(每天均开展监测工作)。然而洪泽湖蓝藻遥感监测工作至今尚未开展。
2 研究区域与数据源
2.1 研究区域
洪泽湖是中国第四大淡水湖泊,江苏省第二大湖,是南水水北调工程东线工程的重要枢纽,位于E118°10’~118°52’,N33°06’~33°40’。洪泽湖东岸平直,其余岸线曲折多弯,水位12.37m,长65.0km,最大宽55.0km,平均宽24.26km,面积1576.9km2,最大水深4.37m平均水深1.77m[5]。20世纪70年代以来,随着工农业生产的迅速发展和人口的快速增长,洪泽湖水质不断恶化,湖区出现了明显的富营养化趋势。
洪泽湖水质监测点分布
2.2 数据源
地物对电磁波的反射及自身的热辐射信息时可以通过卫星遥感图像来记录。波普特征的不同是由于不同的地物的结构、组成及物理、化学性质的差异导致的,在卫星图像上,各种地面物体都有一个能使一个最佳显示的波段。
叶绿素具有特定的光谱,叶绿素a的显著吸收光谱位于蓝波段的440nm处和红波段的678nm处。文献综述
MODIS是美国国家航天局(NASA)地球观测系统中极地球轨道环境卫星系列中的主要探测仪器,是当前世界上新一代“图谱合一”的光学遥感仪器[6]。MODIS是传感器,它搭载在terra和aqua卫星上,可以免费接收数据并无偿使用的星载仪器,是卫星上唯一将实时观测数据通过x波段向全世界直接广播,全球许多国家和地区都在接收和使用MODIS数据。其最大空间分辨率可达250m。MODIS数据是经过仪器标定的,是经过大气校正,包含地理坐标的产品。
数据均从NASA 的LAADS(Atmosphere Archiveand Distribution System))下载得到[7]。
3 处理步骤及分析
根据MODIS数据特点及洪泽湖水质反演要求,采用的技术路线为:先对MODIS数据进行数据处理:数据读取、几何校正、大气校正、洪泽湖区裁剪,利用波段比值法对实测的叶绿素a浓度数据建立反演模型,将模型应用于洪泽湖区域影像,反演出整个洪泽湖湖区的叶绿素a浓度。
3.1 图像获取
本文用到的MODIS影像数据,该数据可以在美国NASA免费下载获取,根据水体中叶绿素a浓度的季节变化情况,本文下载2013年1月至6月每月前10天的影像,用SEADAS软件筛选出不被云层遮盖的影像。
3.2 几何校正
由于地球表面相对与卫星传感器呈静止状态时成像过程中由于地球旋转等因素造成的图像变形误差以及所具有的各种形变误差,针对这些误差所进行的校正叫做几何校正。利用遥感传感器的卫星姿态、校准数据、传感器的位置等测量值代入理论校正公式先对影像进行校正,再将经过几何精校正的影像作为基准图像以校正其他影像[8]。
应用洪泽湖水环境遥感监测系统对MODIS影像进行几何校正,使用该软件不仅可以对MODIS原始影像进行几何校正而且可以对图像研究区域进行裁剪。几何校正后可得到辐射率和反射率影像以及方位角数据集文件。