Дистанционное зондирование воды

Дистанционное зондирование воды — это наблюдение за водными объектами, такими как озера , океаны и реки, на расстоянии с целью описания их цвета, состояния здоровья экосистем и продуктивности. Дистанционное зондирование воды изучает цвет воды посредством наблюдения за спектром выходящего сияния воды. можно оценить концентрацию оптически активных компонентов верхнего слоя водоема По спектру цвета, исходящего от воды, с помощью специальных алгоритмов . ^[1] качества воды Мониторинг с помощью дистанционного зондирования и приборов ближнего действия привлек значительное внимание с момента основания Рамочной директивы ЕС по воде. ^[1]

Обзор

Приборы дистанционного зондирования воды (сенсоры) позволяют ученым фиксировать цвет водоема, что дает информацию о наличии и количестве оптически активных природных компонентов воды (планктона, осадков, детрита или растворенных веществ). Спектр цвета воды, видимый спутниковым датчиком, определяется как кажущееся оптическое свойство (AOP) воды. Это означает, что на цвет воды влияют угловое распределение светового поля, а также природа и количество веществ в среде, в данном случае воды. ^[2] Таким образом, значения коэффициента дистанционного отражения (АОП) будут меняться с изменением оптических свойств и концентрации оптически активных веществ в воде. Свойства и концентрации веществ в воде известны как собственные оптические свойства или IOP. ^[1] ВГД не зависит от углового распределения света («светового поля»), но зависит от типа и количества веществ, присутствующих в воде. ^[2] Например, коэффициент диффузного ослабления нисходящего излучения K _d (часто используемый как показатель прозрачности воды или мутности океана ) определяется как AOP (или квази-AOP), тогда как коэффициент поглощения и коэффициент рассеяния воды выражаются как определяется как IOP. ^[2]Существует два разных подхода к определению концентрации оптически активных компонентов воды путем изучения спектров, распределения световой энергии в диапазоне длин волн или цветов. Первый подход состоит из эмпирических алгоритмов, основанных на статистических зависимостях. Второй подход состоит из аналитических алгоритмов, основанных на инверсии калиброванных биооптических моделей. ^[1]^[2] Точная калибровка используемых зависимостей и/или моделей является важным условием успешной инверсии методов дистанционного зондирования воды и определения концентрации параметров качества воды по наблюдаемым спектральным данным дистанционного зондирования. ^[1]Таким образом, эти методы зависят от их способности регистрировать эти изменения в спектральной характеристике света, обратно рассеянного от поверхности воды, и связывать эти зарегистрированные изменения с параметрами качества воды с помощью эмпирических или аналитических подходов. В зависимости от интересующих компонентов воды и используемого датчика будут анализироваться различные части спектра. ^[3]

История

Постепенное развитие понимания прозрачности природных вод и причин их изменчивости прозрачности и окраски прослеживается со времен Генри Гудзона (1600 г.) до времен Чандрасекхары Рамана (1930 г.). ^[4] Однако разработка методов дистанционного зондирования воды (с использованием спутниковых изображений, самолетов или оптических устройств ближнего действия) началась только в начале 1970-х годов. Эти первые методы измеряли спектральные и термические различия в энергии, излучаемой водными поверхностями. В целом установлены эмпирические связи между спектральными свойствами и показателями качества воды водоема. ^[3] В 1974 году Ричи и др. (1974) ^[5] разработал эмпирический подход к определению взвешенных отложений. Такого рода эмпирические модели можно использовать только для определения параметров качества воды водоемов со схожими условиями. В 1992 году аналитический подход был использован Schiebe et al. (1992). ^[6] Этот подход был основан на оптических характеристиках воды и параметрах качества воды для разработки физически обоснованной модели взаимосвязи между спектральными и физическими свойствами исследуемых поверхностных вод. Эта физически обоснованная модель была успешно применена для оценки концентрации взвешенных отложений. ^[3]^[6]^[7]^[8]

Приложения

С помощью оптических приборов ближнего действия (например, спектрометров , радиометров ), самолетов или вертолетов (дистанционное зондирование с воздуха) и спутников (дистанционное зондирование с воздуха) измеряется световая энергия, излучаемая водными объектами. Например, алгоритмы используются для получения таких параметров, как концентрация хлорофилла-а (Chl-a) и взвешенных твердых частиц (SPM), поглощение цветными растворенными органическими веществами при 440 нм (aCDOM) и глубина секки . ^[1] Измерение этих величин даст представление о качестве воды исследуемого водоема. Очень высокая концентрация зеленых пигментов, таких как хлорофилл, может указывать на цветение водорослей, например, из-за процессов эвтрофикации. Таким образом, концентрацию хлорофилла можно использовать в качестве показателя или индикатора трофического состояния водоема. Таким же образом для мониторинга качества воды можно использовать другие параметры оптического качества, такие как взвешенные частицы или взвешенные частицы (SPM), цветные растворенные органические вещества (CDOM), прозрачность (Kd) и хлорофилл-а (Chl-a). . ^[1]

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Лаанен, М.Л. (2007). « Желтые вещества - улучшение дистанционного зондирования цветных растворенных органических веществ во внутренних пресных водах. Архивировано 13 ноября 2018 г. в Wayback Machine ». Доктор философии. Диссертация. Свободный университет Амстердама: The NL.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д МОККГ (2000). Дистанционное зондирование цвета океана в прибрежных и других оптически сложных водах. Сатьендранат С. (редактор), Отчеты Международной координационной группы по цвету океана, № 3, IOCCG, Дартмут, Канада.
^ Jump up to: ^а ^б ^с Ричи, Джей Си; Зимба, ПВ; Эверитт, Дж.Х. (2003), «Методы дистанционного зондирования для оценки качества воды», Американское общество фотограмметрии и дистанционного зондирования, 69:695-704.
^ Марсель, Р., Вернан и Винфрид В.К. Гискес (2012), «Оптика океана с 1600 (Гудзон) по 1930 (Раман). Изменение интерпретации естественной окраски воды», Париж, Франция: Союз океанографов Франции (опубликовано 1 января 2012 г.)
^ Ричи, Джей Си; МакГенри-младший; Шибе, Франция; Уилсон, Р.Б. (1974), «Взаимосвязь отраженной солнечной радиации и концентрации наносов в поверхностных водах водоемов», Дистанционное Зондирование ресурсов Земли Том. III (Ф. Шахрохи, редактор), Космический институт Университета Теннесси, Таллахома, Теннесси, 3: 57–72.
^ Jump up to: ^а ^б Шибе, Ф.Р., Харрингтон-младший, Дж.А.; Ричи, Дж. К. (1992), «Дистанционное зондирование взвешенных отложений: проект озера Чико, Арканзас», Международный журнал дистанционного зондирования, 13 (8): 1487–1509.
^ Харрингтон, Дж. А. младший, Шибе, Франция; Никс, Дж. Ф. (1992). «Дистанционное зондирование озера Чико, штат Арканзас: мониторинг взвешенных отложений, мутности и глубины секки с помощью Landsat MSS», Дистанционное зондирование окружающей среды, 39 (1): 15–27.
^ «Прогнозирование качества воды: машины обучения в социальных сетях» . Проверено 24 августа 2021 г.

Внешние ссылки

[Laanen-1] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Лаанен, М.Л. (2007). « Желтые вещества - улучшение дистанционного зондирования цветных растворенных органических веществ во внутренних пресных водах. Архивировано 13 ноября 2018 г. в Wayback Machine ». Доктор философии. Диссертация. Свободный университет Амстердама: The NL.

[Sathyendranath-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д МОККГ (2000). Дистанционное зондирование цвета океана в прибрежных и других оптически сложных водах. Сатьендранат С. (редактор), Отчеты Международной координационной группы по цвету океана, № 3, IOCCG, Дартмут, Канада.

[Ritchie-3] Jump up to: ^а ^б ^с Ричи, Джей Си; Зимба, ПВ; Эверитт, Дж.Х. (2003), «Методы дистанционного зондирования для оценки качества воды», Американское общество фотограмметрии и дистанционного зондирования, 69:695-704.

[4] Марсель, Р., Вернан и Винфрид В.К. Гискес (2012), «Оптика океана с 1600 (Гудзон) по 1930 (Раман). Изменение интерпретации естественной окраски воды», Париж, Франция: Союз океанографов Франции (опубликовано 1 января 2012 г.)

[5] Ричи, Джей Си; МакГенри-младший; Шибе, Франция; Уилсон, Р.Б. (1974), «Взаимосвязь отраженной солнечной радиации и концентрации наносов в поверхностных водах водоемов», Дистанционное Зондирование ресурсов Земли Том. III (Ф. Шахрохи, редактор), Космический институт Университета Теннесси, Таллахома, Теннесси, 3: 57–72.

[Schiebe-6] Jump up to: ^а ^б Шибе, Ф.Р., Харрингтон-младший, Дж.А.; Ричи, Дж. К. (1992), «Дистанционное зондирование взвешенных отложений: проект озера Чико, Арканзас», Международный журнал дистанционного зондирования, 13 (8): 1487–1509.

[Harrington-7] Харрингтон, Дж. А. младший, Шибе, Франция; Никс, Дж. Ф. (1992). «Дистанционное зондирование озера Чико, штат Арканзас: мониторинг взвешенных отложений, мутности и глубины секки с помощью Landsat MSS», Дистанционное зондирование окружающей среды, 39 (1): 15–27.

[8] «Прогнозирование качества воды: машины обучения в социальных сетях» . Проверено 24 августа 2021 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]