湖泊水情遥感研究进展
发布时间：2021-08-18 11:26
湖泊作为最直接的淡水资源之一,在人类的生产、生活各方面都占据至关重要的地位.受到全球气候变化与人类活动的影响,湖泊正在发生急剧变化,因而有必要对其进行快速、准确的时空变化监测,从而为水资源管理与保护、未来气候变化预警提供依据.遥感技术的产生与发展为大范围、实时动态的湖泊变化监测提供了难得的契机,它克服了人类对湖泊实地考察的局限性.本文对现有国内外湖泊水情遥感监测技术与方法进行了综合梳理,主要综述了国内外在湖泊水域范围提取、湖泊水位提取、湖泊水量估算、流域水文过程等方面的遥感研究进展情况,重点总结了该领域近年来提出的新方法和新技术.最后,结合当前遥感技术的发展,对未来遥感在湖泊动态变化监测中的应用潜力和趋势进行了简要论述,并对多源遥感数据融合与云计算平台的结合在地表水体连续变化监测中的应用进行了展望.
【文章来源】：湖泊科学. 2020,32(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：15 页
【部分图文】：
流域水循环过程及湖泊水情变量遥感监测概念图
由于SAR的成像机制较为复杂，许多学者为提高水体识别的准确性，分别从不同角度分析并提出了有效的数据处理方法[64]．基于SAR数据的水体信息提取方法也从传统的方法发展为多波段、多极化方式和多个入射角的SAR图像综合分类法．近年来，基于计算机科学的遥感图像识别技术发展迅速，结合光学影像数据和SAR数据的研究也开始增多，充分利用了光学影像光谱信息丰富、SAR数据不受天气影响的特点，从而实现了更加精确的水体信息提取[65]．不同水体提取方法优缺点比较见表3.3.2 湖泊水位遥感
早在1982年，Brooks[42]就已经借助Seasat测高卫星获得湖泊水位观测数据并用到绘图工作中．Birkett等[43-44]先后利用Geosat、T/P等测高数据对全球不同湖泊水位变化进行监测，并对其精度做出评估．随着ERS-1和ERS-2卫星相继发射，Ducet等[45]将T/P和ERS-1、ERS-2数据结合起来，绘制了高分辨率的全球大洋环流图．随着科技水平的提高，可用的测高卫星逐步增多，作为T/P卫星的后继卫星，Jason-1、Jason-2以及Jason-3分别于2001、2008和2016年成功发射，延续对全球海洋表面进行监测的任务．已有研究对三者进行组合从而构成长时序水位变化分析，并对系统偏差做出评估并校正[46]．欧洲航天局(ESA)在2002年发射了Envisat卫星，相对上一代卫星ERS-1和ERS-2,Envisat卫星搭载了新一代雷达高度计(Radar Altimeter-2,RA-2)，测高精度也提高到了厘米级[47].ESA在2010年发射的雷达测高卫星CryoSat-2搭载了先进的Ku波段SIRAL高度计，能够准确测量南北极的海冰厚度以及冰盖的变化．上述这几颗卫星的分辨率都相对较低，只适用于面积较大的湖泊．2016年发射的Sentinel-3A和2018年发射的Sentinel-3B上的高度计设计为在Ku频段上以SAR模式运行．SAR模式将提高高度计接收水体反射信号的能力，对于小型水体而言，这尤其重要．Gao等[48]评估了Sentinel-3内陆水体水位产品的精度，证明了其在监测中小型水体时受到的陆面干扰很小．除了这些雷达高度计，美国国家航空航天局(NASA)在2003年发射了激光测高卫星ICESat，搭载了地球科学激光测高系统GLAS(Geoscience Laser Altimeter System)，其星下点足迹(footprint)可以达到70 m，比起早期的卫星测高数据，精度得到了很大的提高，广泛用于内陆湖泊水位变化的研究．例如，Zhang等[49]、Phan等[50]、Song等[11]利用ICESat数据监测了青藏高原湖泊在2003 2009年期间的水位和水量变化速率．作为ICESat卫星的后继卫星，2018年发射的ICESat-2继续执行对全球冰盖、冰川、海冰等的监测任务．相比而言，ICESat-2能够覆盖数量更多的湖泊，测高精度也有所提高．Zhang等[51]结合前序卫星ICESat对其进行了比较，验证了其精度的可靠性．
【参考文献】：
期刊论文
[1]流域水文遥感的科学问题与挑战[J]. 刘元波,吴桂平,赵晓松,范兴旺,潘鑫,甘国靖,刘永伟,郭瑞芳,周晗,王颖,王若男,崔逸凡. 地球科学进展. 2020(05)
[2]复杂环境下高分二号遥感影像的城市地表水体提取[J]. 洪亮,黄雅君,杨昆,彭双云,许泉立. 遥感学报. 2019(05)
[3]流域水环境遥感研究进展与思考[J]. 段洪涛,罗菊花,曹志刚,薛坤,肖启涛,刘东. 地理科学进展. 2019(08)
[4]高分三号影像水体信息提取[J]. 谷鑫志,曾庆伟,谌华,陈尔学,赵磊,于飞,涂宽. 遥感学报. 2019(03)
[5]浅谈遥感在湖泊水文要素提取中的应用[J]. 王智颖. 黑龙江科技信息. 2016(36)
[6]基于LEGOS HYDROWEB的青藏高原湖泊群水位和面积动态变化分析[J]. 刘英,岳辉,王浩人,张维. 科学技术与工程. 2016(30)
[7]基于协同计算的白洋淀湿地时序水体信息提取[J]. 沈占锋,李均力,于新菊. 地球信息科学学报. 2016(05)
[8]卫星雷达测高的应用现状及发展趋势[J]. 高乐,廖静娟,刘焕玲,郭伟. 遥感技术与应用. 2013(06)
[9]基于ETM+图像和决策树的水体信息提取——以鄱阳湖周边区域为例[J]. 程晨,韦玉春,牛志春. 遥感信息. 2012(06)
[10]陆地水体参数的卫星遥感反演研究进展[J]. 宋平,刘元波,刘燕春. 地球科学进展. 2011(07)
博士论文
[1]基于多源卫星数据的中亚地区湖泊水量变化监测研究[D]. 郑佳佳.南京大学 2017
本文编号：3349802
【文章来源】：湖泊科学. 2020,32(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：15 页
【部分图文】：
流域水循环过程及湖泊水情变量遥感监测概念图
由于SAR的成像机制较为复杂，许多学者为提高水体识别的准确性，分别从不同角度分析并提出了有效的数据处理方法[64]．基于SAR数据的水体信息提取方法也从传统的方法发展为多波段、多极化方式和多个入射角的SAR图像综合分类法．近年来，基于计算机科学的遥感图像识别技术发展迅速，结合光学影像数据和SAR数据的研究也开始增多，充分利用了光学影像光谱信息丰富、SAR数据不受天气影响的特点，从而实现了更加精确的水体信息提取[65]．不同水体提取方法优缺点比较见表3.3.2 湖泊水位遥感
早在1982年，Brooks[42]就已经借助Seasat测高卫星获得湖泊水位观测数据并用到绘图工作中．Birkett等[43-44]先后利用Geosat、T/P等测高数据对全球不同湖泊水位变化进行监测，并对其精度做出评估．随着ERS-1和ERS-2卫星相继发射，Ducet等[45]将T/P和ERS-1、ERS-2数据结合起来，绘制了高分辨率的全球大洋环流图．随着科技水平的提高，可用的测高卫星逐步增多，作为T/P卫星的后继卫星，Jason-1、Jason-2以及Jason-3分别于2001、2008和2016年成功发射，延续对全球海洋表面进行监测的任务．已有研究对三者进行组合从而构成长时序水位变化分析，并对系统偏差做出评估并校正[46]．欧洲航天局(ESA)在2002年发射了Envisat卫星，相对上一代卫星ERS-1和ERS-2,Envisat卫星搭载了新一代雷达高度计(Radar Altimeter-2,RA-2)，测高精度也提高到了厘米级[47].ESA在2010年发射的雷达测高卫星CryoSat-2搭载了先进的Ku波段SIRAL高度计，能够准确测量南北极的海冰厚度以及冰盖的变化．上述这几颗卫星的分辨率都相对较低，只适用于面积较大的湖泊．2016年发射的Sentinel-3A和2018年发射的Sentinel-3B上的高度计设计为在Ku频段上以SAR模式运行．SAR模式将提高高度计接收水体反射信号的能力，对于小型水体而言，这尤其重要．Gao等[48]评估了Sentinel-3内陆水体水位产品的精度，证明了其在监测中小型水体时受到的陆面干扰很小．除了这些雷达高度计，美国国家航空航天局(NASA)在2003年发射了激光测高卫星ICESat，搭载了地球科学激光测高系统GLAS(Geoscience Laser Altimeter System)，其星下点足迹(footprint)可以达到70 m，比起早期的卫星测高数据，精度得到了很大的提高，广泛用于内陆湖泊水位变化的研究．例如，Zhang等[49]、Phan等[50]、Song等[11]利用ICESat数据监测了青藏高原湖泊在2003 2009年期间的水位和水量变化速率．作为ICESat卫星的后继卫星，2018年发射的ICESat-2继续执行对全球冰盖、冰川、海冰等的监测任务．相比而言，ICESat-2能够覆盖数量更多的湖泊，测高精度也有所提高．Zhang等[51]结合前序卫星ICESat对其进行了比较，验证了其精度的可靠性．
【参考文献】：
期刊论文
[1]流域水文遥感的科学问题与挑战[J]. 刘元波,吴桂平,赵晓松,范兴旺,潘鑫,甘国靖,刘永伟,郭瑞芳,周晗,王颖,王若男,崔逸凡. 地球科学进展. 2020(05)
[2]复杂环境下高分二号遥感影像的城市地表水体提取[J]. 洪亮,黄雅君,杨昆,彭双云,许泉立. 遥感学报. 2019(05)
[3]流域水环境遥感研究进展与思考[J]. 段洪涛,罗菊花,曹志刚,薛坤,肖启涛,刘东. 地理科学进展. 2019(08)
[4]高分三号影像水体信息提取[J]. 谷鑫志,曾庆伟,谌华,陈尔学,赵磊,于飞,涂宽. 遥感学报. 2019(03)
[5]浅谈遥感在湖泊水文要素提取中的应用[J]. 王智颖. 黑龙江科技信息. 2016(36)
[6]基于LEGOS HYDROWEB的青藏高原湖泊群水位和面积动态变化分析[J]. 刘英,岳辉,王浩人,张维. 科学技术与工程. 2016(30)
[7]基于协同计算的白洋淀湿地时序水体信息提取[J]. 沈占锋,李均力,于新菊. 地球信息科学学报. 2016(05)
[8]卫星雷达测高的应用现状及发展趋势[J]. 高乐,廖静娟,刘焕玲,郭伟. 遥感技术与应用. 2013(06)
[9]基于ETM+图像和决策树的水体信息提取——以鄱阳湖周边区域为例[J]. 程晨,韦玉春,牛志春. 遥感信息. 2012(06)
[10]陆地水体参数的卫星遥感反演研究进展[J]. 宋平,刘元波,刘燕春. 地球科学进展. 2011(07)
博士论文
[1]基于多源卫星数据的中亚地区湖泊水量变化监测研究[D]. 郑佳佳.南京大学 2017
本文编号：3349802
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