基于卫星遥感图像的丰满水库冰情演变规律研究
发布时间：2021-02-04 11:12
基于ENVI 5.1软件平台,采用Landsat-7和Landsat-8卫星遥感图像,对吉林市丰满水库的卫星遥感图像进行冰情解译和库表温度反演,探究丰满水库的整体冰情演变规律及其与库区水体热力演变的关系。结果表明:在整个冰期,丰满水库入流条件稳定,库区冰情受水体热力学影响显著;在结冰期,库区表层水温呈库中低、坝前和库尾高的分布规律,结冰过程从库区中部开始,逐渐向坝前和库尾发展,坝前最后封冻;在稳封期,库区冰盖下水温呈垂向逆温分布,冰盖厚度沿程分布不均匀,库尾存在10～30 km的明流段;在开河期,库区表层水温自库尾至坝前呈沿程降温分布,水库以文开河的形式自库尾向坝前逐渐开河。
【文章来源】：水利水运工程学报. 2020,(03)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
2014年2月23日丰满水库立面二维水温与冰盖分布
冰情解译的主要步骤为条带修复、波段叠加、RGB假彩色增强、图像分类和数据提取。Landsat-7卫星遥感图像在进行单波段图像条带修复后，对Band 1～Band 5进行叠加；Landsat-8卫星遥感图像对Band2～Band 6进行叠加。根据不同波段RGB组合对地物增强的效果经验和尝试，Landsat-7卫星遥感图像采用Band 4,Band 5,Band 3的RGB假彩色合成方案；Landsat-8卫星遥感图像采用Band 5,Band 6,Band 4的RGB假彩色合成方案。之后采用非监督分类法的ISODATA分类器进行图像分类，分类结果根据目视解译以及先验实地调查进行定义并子类合并，最终将水库内的地物识别定义成冰和水。图2为冰情解译结果与当日卫星遥感照片对比，结果显示二者吻合良好。基于辐射传输方程法的TIRS地表温度反演主要步骤为辐射定标、大气校正、地表比辐射率计算、黑体辐射亮度计算和地表温度计算。采用ENVI 5.1软件的辐射定标工具，自动读取元数据文件中的增益以及补偿数据，对多光谱和热红外数据依次进行辐射定标；采用FLAASH Atmospheric Correction工具，根据丰满地区纬度和卫星遥感图像拍摄时间选择合适的MODTRAN大气模型参数。为获取较精确的地表比辐射率数据，采用覃志豪等[16]提出的地表比辐射率计算方法，将地表分成水体、自然表面和城镇区，分别对这3种地表类型计算地表比辐射率。在完成黑体辐射亮度计算和地表温度计算后，将反演结果与实测水温进行对比，以验证该方法的反演精度。结果（表1）显示：反演水温在升温期（降温期）均略高于（低于）实测水温；反演水温与实测水温基本相近，绝对误差在0.4～2.4℃，反演效果较为理想。
2011-2012年、2012-2013年丰满水库结冰期冰情解译结果分别如图3和图4所示，表2为丰满水库结冰期冰覆盖面积统计。丰满水库历史封河时段为12月中旬至1月中旬，从获得的最早冰情出现和最早完全封冻图像并结合历史冰情数据可以推断，2011-2012年的初冰时间为11月下旬，完全封冻时间为12月下旬，结冰期历时约1个月；2012-2013年的初冰时间为11月下旬，完全封冻时间为12月下旬至1月上旬，结冰期历时1.0至1.5个月。解译和统计结果表明：丰满水库结冰过程以热力结冰为主，无显著的流冰出现；主库中段（距坝前72～90 km区域）首先封冻，之后结冰区域分别向坝前和库尾发展；蛟河支库和主库库尾结冰较早，坝前最后封冻；这种结冰规律，与多钦科1[]所总结的第三类水库结冰顺序一致，其产生原因主要来自上游梯级电站泄水影响；稳封期冰覆盖率超过97.0%，除库尾外均处于封冻状态，无清沟或开敞水域；库尾段由于受上游红石电站冬季下泄高温水（2.5℃左右）影响，在结冰后期存在10～20 km的明流段。图4 2012-2013年丰满水库结冰期冰情解译结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]石佛寺水库和乌梁素海冰温剖面类型的统计分析[J]. 卢志明,李志军,于贺海,魏玉成,贺杨,李颖卓,李伟. 水利科学与寒区工程. 2019(05)
[2]水库冰表层形变的现场观测与分析[J]. 黄文峰,李志军,贾青,王妮. 水利学报. 2016(12)
[3]丰满水库水温的原型观测及分析[J]. 脱友才,刘志国,邓云,李嘉,梁瑞峰,李楠. 水科学进展. 2014(05)
[4]大庆红旗泡水库冰内部组构观测方法[J]. 王国志,黄文峰,李志军,贾青. 黑龙江水专学报. 2009(04)
[5]水库淡水冰的晶体和气泡及密度特征分析[J]. 李志军,贾青,黄文峰,李长玉. 水利学报. 2009(11)
[6]黑龙江红旗泡水库冰生长过程现场观测数据的剖析[J]. 李志军,杨宇,彭旭明,王国志,卢永超. 西安理工大学学报. 2009(03)
[7]陆地卫星TM6波段范围内地表比辐射率的估计[J]. 覃志豪,李文娟,徐斌,陈仲新,刘佳. 国土资源遥感. 2004(03)
[8]万家寨水库冰情浅议[J]. 马喜祥,熊运阜,徐伟,郑志强. 泥沙研究. 2003(04)
[9]平原水库冰温和冰压力观测[J]. 苏绍民,丁代膺,周永学,王颖辉,王立研. 内蒙古水利. 2002(02)
本文编号：3018210
【文章来源】：水利水运工程学报. 2020,(03)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
2014年2月23日丰满水库立面二维水温与冰盖分布
冰情解译的主要步骤为条带修复、波段叠加、RGB假彩色增强、图像分类和数据提取。Landsat-7卫星遥感图像在进行单波段图像条带修复后，对Band 1～Band 5进行叠加；Landsat-8卫星遥感图像对Band2～Band 6进行叠加。根据不同波段RGB组合对地物增强的效果经验和尝试，Landsat-7卫星遥感图像采用Band 4,Band 5,Band 3的RGB假彩色合成方案；Landsat-8卫星遥感图像采用Band 5,Band 6,Band 4的RGB假彩色合成方案。之后采用非监督分类法的ISODATA分类器进行图像分类，分类结果根据目视解译以及先验实地调查进行定义并子类合并，最终将水库内的地物识别定义成冰和水。图2为冰情解译结果与当日卫星遥感照片对比，结果显示二者吻合良好。基于辐射传输方程法的TIRS地表温度反演主要步骤为辐射定标、大气校正、地表比辐射率计算、黑体辐射亮度计算和地表温度计算。采用ENVI 5.1软件的辐射定标工具，自动读取元数据文件中的增益以及补偿数据，对多光谱和热红外数据依次进行辐射定标；采用FLAASH Atmospheric Correction工具，根据丰满地区纬度和卫星遥感图像拍摄时间选择合适的MODTRAN大气模型参数。为获取较精确的地表比辐射率数据，采用覃志豪等[16]提出的地表比辐射率计算方法，将地表分成水体、自然表面和城镇区，分别对这3种地表类型计算地表比辐射率。在完成黑体辐射亮度计算和地表温度计算后，将反演结果与实测水温进行对比，以验证该方法的反演精度。结果（表1）显示：反演水温在升温期（降温期）均略高于（低于）实测水温；反演水温与实测水温基本相近，绝对误差在0.4～2.4℃，反演效果较为理想。
2011-2012年、2012-2013年丰满水库结冰期冰情解译结果分别如图3和图4所示，表2为丰满水库结冰期冰覆盖面积统计。丰满水库历史封河时段为12月中旬至1月中旬，从获得的最早冰情出现和最早完全封冻图像并结合历史冰情数据可以推断，2011-2012年的初冰时间为11月下旬，完全封冻时间为12月下旬，结冰期历时约1个月；2012-2013年的初冰时间为11月下旬，完全封冻时间为12月下旬至1月上旬，结冰期历时1.0至1.5个月。解译和统计结果表明：丰满水库结冰过程以热力结冰为主，无显著的流冰出现；主库中段（距坝前72～90 km区域）首先封冻，之后结冰区域分别向坝前和库尾发展；蛟河支库和主库库尾结冰较早，坝前最后封冻；这种结冰规律，与多钦科1[]所总结的第三类水库结冰顺序一致，其产生原因主要来自上游梯级电站泄水影响；稳封期冰覆盖率超过97.0%，除库尾外均处于封冻状态，无清沟或开敞水域；库尾段由于受上游红石电站冬季下泄高温水（2.5℃左右）影响，在结冰后期存在10～20 km的明流段。图4 2012-2013年丰满水库结冰期冰情解译结果
【参考文献】：
期刊论文
[1]石佛寺水库和乌梁素海冰温剖面类型的统计分析[J]. 卢志明,李志军,于贺海,魏玉成,贺杨,李颖卓,李伟. 水利科学与寒区工程. 2019(05)
[2]水库冰表层形变的现场观测与分析[J]. 黄文峰,李志军,贾青,王妮. 水利学报. 2016(12)
[3]丰满水库水温的原型观测及分析[J]. 脱友才,刘志国,邓云,李嘉,梁瑞峰,李楠. 水科学进展. 2014(05)
[4]大庆红旗泡水库冰内部组构观测方法[J]. 王国志,黄文峰,李志军,贾青. 黑龙江水专学报. 2009(04)
[5]水库淡水冰的晶体和气泡及密度特征分析[J]. 李志军,贾青,黄文峰,李长玉. 水利学报. 2009(11)
[6]黑龙江红旗泡水库冰生长过程现场观测数据的剖析[J]. 李志军,杨宇,彭旭明,王国志,卢永超. 西安理工大学学报. 2009(03)
[7]陆地卫星TM6波段范围内地表比辐射率的估计[J]. 覃志豪,李文娟,徐斌,陈仲新,刘佳. 国土资源遥感. 2004(03)
[8]万家寨水库冰情浅议[J]. 马喜祥,熊运阜,徐伟,郑志强. 泥沙研究. 2003(04)
[9]平原水库冰温和冰压力观测[J]. 苏绍民,丁代膺,周永学,王颖辉,王立研. 内蒙古水利. 2002(02)
本文编号：3018210
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