基于遥感的官厅水库水质监测研究

遥感监测具有监测面积广、速度快、成本低等优势,常用于大面积水质监测。以北京官厅水库为研究对象,通过野外和实验室测量数据建立水质参数遥感反演的生物光学模型,对夏季官厅水库的非色素颗粒物浓度、叶绿素a浓度和有色可溶性有机物(CDOM)浓度进行了反演。该模型研究的目的就是通过建立反演模型,利用卫星数据进行水质参数反演,从而得到大面积水体的水质分布图。采用CHRIS/Proba高光谱数据反演官厅水库的水体组分浓度,对库区水质反演要素的空间分布规律进行了分析。结果表明,所采用的遥感反演模型基本适用于官厅水库水质监测,反演出的叶绿素a、总悬浮物和CDOM的空间分布与实际测量值的空间分布基本吻合。     

基于光谱特征和HSV变换融合MODIS影像的滇池叶绿素a浓度监测

使用实测高光谱数据,研究滇池水体的光谱特征,应用统计方法建立滇池叶绿素a浓度的高光谱反演模型,并基于滇池水体的光谱特征,运用HSV变换融合遥感影像技术,监测水体叶绿素a浓度分布。结果表明:滇池水体光谱的反射峰位于550和700nm附近;此2个反射峰的位置和大小对水体叶绿素a浓度的变化反应最敏感。随着水体叶绿素a浓度升高,2个反射峰的峰值越接近,同时,550nm附近反射峰向短波方向偏移,而700nm附近反射峰向长波方向偏移。用这2个反射峰峰值的差值作为参数建立的滇池水体叶绿素a浓度估测模型,其精度较高;HSV变换融合MODIS遥感影像的假彩色合成图能直观反演滇池水体叶绿素a浓度的空间分布。     

基于土地利用/覆被的滇池流域生境质量时空演变

滇池是我国西南地区最大的高原淡水湖泊,也是云南省面积最大的淡水湖。研究滇池流域土地利用/覆被类型与生境质量的时空演变特征,对流域生态环境保护具有重要意义。本文基于1988—2018年土地利用/覆被数据,将InVEST模型与GIS空间分析工具相结合,分析滇池流域生境时空变化,并利用莫兰指数和热点分析量化生境质量的空间集聚及演化特征。结果表明：(1)1988—2018年滇池流域土地利用/覆被类型变化剧烈,由1988年的农田占优势转变为2018年城镇用地占优势;(2)流域生境质量总体呈下降趋势,环滇池的城市区域生境质量较低,流域周边山地与丘陵质量较高但分布分散;(3)生境“冷热点”呈集聚分布,“热点”地区主要位于周边林地,随时间变化其范围逐渐缩小,而“冷点”地区位于环滇池城市区域,随时间变化而大幅增加。本研究表明,城市化过程中土地利用/覆被的剧烈变化是引起城市生境发生变化的主要原因,研究结果可为滇池流域土地利用类型优化以及提升或维持生物多样性提供参考依据。     

Landsat数据在解析太湖水体溶解性有机碳影响机制中的应用

流域水体溶解性有机碳是碳循环的重要组成部分。本研究以太湖流域气象数据、遥感反演参数和2015年5月的一期Landsat-8 OLI_TIRS卫星数字影像为基础,分析Landsat水质模型反演数据和太湖水体溶解性有机质(DOM)各参数的相关性,阐明湖水DOM来源及不同来源DOM特性。结果表明:以Landsat红光波段、近红外波段和蓝光波段为基础反演的叶绿素a浓度、蓝藻密度、透明度和浊度等水质参数和遥感水质监测中归一化悬浮物指数均与太湖水体DOC浓度分布一致,且DOM主要为内生源;依据Landsat影像对太湖子流域进行土地利用监督分类,表明流域土地利用/覆被方式是影响类蛋白物质含量、芳香度等的重要因素。研究证实,遥感反演是获取水体有机质信息的重要数据来源,可靠性强并能够表征DOM来源、性质及影响程度,是理解环境碳循环的重要技术手段,也为太湖流域的碳库计算、水体生态风险评价、流域生态环境变化等监测提供了参考。     

基于ETM+影像的千岛湖叶绿素a浓度卫星遥感反演研究

以千岛湖为研究对象,利用Landsat 7 ETM+遥感影像与野外实测数据,建立叶绿素a浓度的遥感定量反演模型。将叶绿素a浓度与波段反射率组合进行Pearson相关性分析,选择(B4+B2)/B3波段组合构建叶绿素a反演模型,并得到千岛湖叶绿素a浓度的时空分布。结果表明:(1)2007年千岛湖叶绿素a浓度低于4μg/L的水体面积占水体总面积达到99%以上,整体水质优良;(2)千岛湖叶绿素a浓度随季节变化特征明显,夏季容易出现局地高值,秋季平均浓度整体升高;(3)通过反演不同时期的叶绿素a浓度分布,可以刻画出千岛湖藻类的消长过程,从空间上发现易爆发富营养化的区域。该反演模型能较为精确地估算千岛湖的叶绿素a浓度,对今后水体富营养化的监测和预警具有重要意义。     

基于高光谱影像湖泊叶绿素a浓度反演分析

针对湖泊叶绿素a浓度的快速变化及水体富营养化问题,以太湖水体为例,利用太湖区域2019年10月、11月和12月的珠海一号高光谱影像,采用波谱特征分析、主成分分析、皮尔逊相关系数、建立反演模型分析江苏省太湖区域水体叶绿素a浓度的分布状态以及时空变化状况。通过主成分分析划分与水体信息相关的成分,提出采用珠海一号高光谱影像的中红外波段建立耦合可见光和近红外辐射信号的WCI模型。结果表明:(1)水体光谱曲线特征与主成分分析结果一致,分别为光合作用波段、细胞散射波段和水体增温波段。(2)改进的耦合可见光与中红外辐射信号的建立的WCI模型的反演精度最高,均方根误差RMSE为(1.4008 mg·L^-1),平均相对误差(MRE)为10.69%。(3)2019年10月一12月间,湖泊叶绿素浓度整体变化不大,太湖叶绿素a浓度的遥感反演结果总体上呈现为湖西区域浓度较低,湖东区域浓度较高的特征。     

滇池水体理化环境状况时空分布格局研究

在滇池全湖设置了 4 0个采样点 ,从 2 0 0 2年 9月至 2 0 0 3年 8月 ,按每月一次的频度对滇池水体的pH、溶解氧、透明度、总磷、溶解性总磷、溶解性磷、总氮、氨氮、Chla进行了为期一年的监测。结果表明 ,滇池外海水质已属V类及超V类水质 ,重富营养程度 ,只能满足工业和农业供水水质要求。滇池外海水质存在区域性强的特点 ,其污染程度与该地区的工农业分布格局相关 ,西北部水质污染情况最为严重 ,北部次之 ,南部最轻 ;在不同月份水质存在明显差异 ,在汛期 (5— 9月份 )水质污染最为严重 ,冬春季节则较轻。本研究初步揭示了滇池污染的现状及时空分布规律 ,为分区域治理滇池水污染提供了科学依据     

凤眼莲种植对滇池水体环境质量的影响

利用凤眼莲进行富营养化水体水质净化和生态恢复已经成为水生生态系统修复的一种有效途径。为了探明凤眼莲在净化水质时对水体环境质量的影响, 于2010年4月-2011年3月对滇池凤眼莲种植区域水体环境质量进行了监测, 并与对照组进行了比较研究, 结果表明, 凤眼莲种植降低了水体pH值、透明度、光照强度和溶解氧含量, 与对照区相比, 凤眼莲种植增加了水体中硫化物的含量, 凤眼莲种植对水体环境质量的影响呈一定的月份波动, 推测认为这与凤眼莲本身的生长特性相关。研究结果为大面积种植凤眼莲进行水质净化和水体修复时生态安全控制提供了理论依据。     

基于MODIS数据的云南九大高原湖泊叶绿素a浓度反演

叶绿素a浓度是反映水体富营养化程度的重要参数。本研究以MODIS卫星影像为数据源,结合地面实测数据,实现了对云南省九大高原湖泊的叶绿素a浓度反演。首先,以2010—2012年的叶绿素a浓度实测数据为基础,对MODIS不同波段的地表辐射率进行了组合试验,优选出九湖叶绿素a浓度的统计模型。其次,利用2013—2014年的叶绿素a浓度实测数据对反演模型进行了验证。最后,利用优选模型对九湖叶绿素a的空间分布特征和变化动态进行分析。结果表明:获取的九湖叶绿素a浓度的空间分布比较符合专业人员的判断,结果较为合理;滇池、洱海、程海、杞麓湖、星云湖、异龙湖和阳宗海的叶绿素a浓度周围高,中部低,抚仙湖和泸沽湖则为周围低,中部高;从年际变化看,2010—2014年期间,滇池、洱海、星云湖和异龙湖叶绿素a浓度年际波动幅度较大,抚仙湖、程海、杞麓湖和泸沽湖变化较为稳定,阳宗海呈减少趋势。     

水质改良剂对日本对虾水质的改良效果

以日本对虾为研究对象, 运用强效水质改良剂和水产专用活菌素两种调水产品 , 旨在说明其在水质调控方面的作用。研究结果表明 : 强效水质改良剂和水产专用活菌素均能够降低水体中氨氮、亚硝酸盐、硫化物的含量, 增加水体透明度、水中溶解氧含量, 调节水体 pH 值。不同之处在于强效水质改良剂使用后, 水体中绿藻数量多 , 蓝藻数量少, 这种水体有益于对虾的成活率提高, 该实验中使用强效水质改良剂的实验组的成活率为 85%; 使用水产专用活菌素的实验组水体中蓝藻数量多 , 绿藻数量少, 此种水体日本对虾生长快, 但成活率相对强效水质改良剂较低为 83%。     

2002—2018年滇池外海蓝藻水华暴发时空变化特征及其驱动因子

为弄清滇池外海蓝藻水华暴发时空变化规律及其影响因素，将滇池外海分为北、中、南3个区域，基于2002—2018年期间中分辨率成像光谱仪(MODIS)反演的水华面积，分析了上述3个区域蓝藻水华的时空变化特征。基于2007—2018年水文、气象和出入流数据，构建了外海三维水动力生态模型(AEM3D),并计算了各区域的水力滞留时间。通过冗余分析(RDA)、随机森林(RF)和斯皮尔曼相关分析方法，分析了影响以上区域蓝藻水华暴发的主要驱动因子。结果表明：2002—2018年期间，整个滇池外海区域年平均水华面积比(水华面积占该区域总面积比例)呈缓慢下降趋势，空间上由北向南依次递减，整个外海水华暴发面积最大主要发生在秋季。在外海北部区域，其东部水华较西部更为严重，而在中部和南部区域，呈现西部水华较东部更为严重的空间分布模式。通过对各影响因子的统计分析发现，风速、水温和日照时长是上述各区域中蓝藻水华暴发的主要决定性因素。水华暴发期间以西南风为主导风向，且上述区域的水华面积比随风速增加呈下降趋势。在外海各区域，水力滞留时间与水华暴发面积均呈显著正相关，空间上水力滞留时间由北向南逐渐增大，风速和风向是影响蓝...     

阳宗海和滇池中紫色非硫细菌数量和种群结构的比较

在2002年平水期对高原湖泊阳宗海和滇池中的紫色非硫细菌(PNSB)数量和种群结构进行了比较研究。对两湖中的各因子进行t检验,发现各因子和PNSB数量都有极显著差异,富营养化湖泊滇池中的PNSB数量远远多于贫营养化湖泊阳宗海;两湖中PNSB的优势种是红假单胞菌属,也有少数的红螺菌属。两湖种群结构的区别是滇池有红微菌,而阳宗海有大量红细菌。     

污染湖泊生态系统服务净价值评估——以滇池为例

水污染是我国湖泊生态系统面临的主要环境问题,评估污染条件下湖泊生态系统服务价值对认识和恢复污染湖泊生态功能具有重要意义。针对当前湖泊生态系统服务价值评估方法中未体现水污染负面影响的问题,在传统生态系统服务功能价值评估框架的基础上,将水污染造成的经济损失内化到生态系统服务功能价值中,提出了针对污染湖泊的生态系统服务功能价值评估方法。应用该方法核算了滇池生态系统服务净价值。结果表明:2006—2015年滇池年均生态系统服务功能价值为386.55亿元/a,水污染改变了滇池的价值结构,供水价值丧失,气候调节、旅游和蓄水等成为滇池生态系统服务功能价值的主体;滇池水污染对流域内外经济社会发展造成的损失达到15.23亿元/a,主要经济损失体现在生态补水费用和蓝藻去除费用;综合湖泊生态系统服务的正向价值和水污染的负向损失,滇池的净生态系统服务价值为371.33亿元/a,占流域GDP的11.7%。将水污染损失纳入湖泊生态系统服务功能价值评估中增强了评价结果的合理性,能够更加真实地反映湖泊生态系统对人类经济社会发展的综合影响。     

沉水植物在治理滇池草海污染中的作用

本文论证了在滇池草海中恢复沉水植物并建立以优化的沉水植物为基础的湖泊生态系统,是利用水生植物治理草海的最佳生物防治措施。这种以优化的沉水植物为基础的湖泊生态系统优于以浮游植物或以漂浮植物为基础的湖泊生态系统。结合水生植物的综合利用,它是一种一举多得、经济而又实效的治理手段。     

滇池流域退耕区植物群落构建对地表径流污染物的削减效应

为探索不同群落的构建在滇池流域的实际应用,以确定削减污染物最优植物群落的配置方式,该研究选取地表径流悬浮物(SS)、COD含量、总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH_4~+-N)、硝氮(NO_3~--N)六个指标作为主要的分析对象,在滇池流域退耕区开展了不同植物群落配置对地表径流污染物削减效应的试验研究。结果表明:三个植物群落对SS、COD、TN、TP、NO_3~--N在2014年和2015年间均表现出显著性的削减趋势,且三个植物群落对SS、TP和NO_3~--N的削减率均在45%以上,但并未对NH_4~+-N表现出削减效果。不同植物群落对污染物的削减效应存在一定的差异性,但是三个不同群落与年度的交互作用对SS、COD、TN、TP、NO_3~--N五个养分指标的削减并没有表现出显著的差异性。从整体上来看,三种植物群落类型中,以乔-灌-草构建的立体式植物群落对地表径流污染物的削减效果最佳。     

滇中湖泊流域生态环境质量监测与评价

九大高原湖泊流域在云南省经济发展中占有举足轻重的地位,其中,滇中五大湖泊流域(滇池、抚仙湖、星云湖、杞麓湖、阳宗海,下文称五湖流域)是云南工农业、旅游业等经济和社会发展最活跃的地区,与流域生态环境质量密切相关。本研究基于遥感生态指数(RSEI)对滇中五湖流域1988—2018年的生态环境质量进行监测和评价。结果表明: 尽管1988—2018年间研究区生态环境质量呈转好趋势,RSEI平均值由0.368增加到0.481,但流域整体生态环境质量欠佳;生态环境质量提高的面积占比57.6%,主要分布在湖泊之间的山地,下降区域主要为湖周的平地区;研究期间,滇池、抚仙湖、阳宗海的生态环境质量持续变好,但近10年,杞麓湖和星云湖的生态环境质量明显变差,各湖泊生态环境质量变化与湖泊水质变化存在一致性。未来生态环境质量的改善还需更多的社会关注和政府投入。     

基于MODIS与Landsat 8的艾比湖湿地旱情时空变化及其影响因素分析

对干旱区艾比湖湿地旱情进行多源遥感监测,分析干旱对艾比湖湿地的生态安全与农业生产的影响,为水资源合理配置与干旱预警提供依据。选用2013年5月到2016年5月的MODIS温度和植被指数产品数据反演TVDI指数,并构建二维特征空间,分析土壤水分的时空分布特征,结果表明:TVDI可以有效地反演土壤水分,且精度较高;通过分析,艾比湖湿地土壤水分格局呈现由"极湿润-湿润-正常"面积减少,"干旱-极干旱"面积增加的趋势;在此基础上分析了影响艾比湖干旱变化的影响因素,近年来随着温度升高,风速与蒸发量增加,降水量减少,使艾比湖湿地旱情急剧恶化。利用多源遥感能很好的实现大面积、长时间、高精度的旱情监测,在四年间艾比湖湿地的旱情有所加剧,湖水面积与冰川萎缩变化较为严重,可见艾比湖湿地旱情情况较为不乐观,需加强水资源管理,开展艾比湖旱情监测对于干旱区湖泊生态有重要的理论与实际意义。     

高原湖泊流域国土空间生态修复优先区诊断及修复研究

高原湖泊流域是高原地区人类活动的重要载体,兼具高生态价值和高脆弱性的特点。随着高原湖泊流域城市化和工业化发展加速,湖泊面积萎缩,污染加剧,流域生态环境受损严重,引发了一系列生态环境问题,如水土流失、水污染、湿地退化、生境质量下降等。亟需开展生态修复以平衡经济发展与生态环境保护之间关系,而基于整体保护与系统治理思维诊断并修复生态修复优先区,是科学有序推进国土空间生态保护与修复的重要抓手。基于此,研究以高原湖泊流域典型代表滇池流域为例,利用人类足迹和景观生态风险模型定量评估生态系统所受负向干扰,以最小累积阻力模型和电路理论构建流域生态网络;提取生态网络受负向干扰较高的关键区域为生态修复优先区并提出针对性修复措施。研究表明：(1)滇池流域人类干扰和生态风险整体较高,人类干扰整体呈核心—边缘递减的圈层式分布,中高生态风险占据了绝大部分区域。人类交通网络大幅扩展了人类干扰和生态风险的强度和深度;(2)区域生态网络呈典型湖泊生态网络特点,38条生态廊道呈放射状或环状分布,连通湖区、山区两大生态空间内共23块生态源地,保障区域生态安全;(3)研究共提取生态源地修复优先区73.83km²     

山东麻大湖污染生态恢复模式与应用

麻大湖位于山东省博兴、桓台、高青三县交界处 ,系由乌河、朱龙河、孝妇河等 7条河流汇水而成的内陆淡水湖泊。该湖自 196 6年始遭受淄博市工业废水严重污染 ,自然生态系统极度破坏 ,经济损失巨大。 2 0世纪 70年代中期 ,沿湖群众因受污染之苦而人民来信来访不断。直到 90年代初 ,该湖污染一直受到国务院和山东省政府的关注。在各级环保部门不懈努力下 ,该湖污染几经治理 ,取得一定成效 ,但仍没有使其污染生态得以恢复。为此 ,笔者于1994 - 1995年对麻大湖污染生态恢复模式进行了研究 ,并为滨州地区行署决定开发利用麻大湖提供了决策依据。…