Дистанционное зондирование воды
Система для измерения цвета воды путем наблюдения за спектром излучения, выходящего из воды.

Дистанционное зондирование воды — это наблюдение за водоемами, такими как озера , океаны и реки, на расстоянии с целью описания их цвета, состояния здоровья экосистемы и продуктивности. Дистанционное зондирование воды изучает цвет воды посредством наблюдения за спектром исходящего от воды излучения. Из спектра цвета, исходящего от воды, можно оценить концентрацию оптически активных компонентов верхнего слоя водоема с помощью специальных алгоритмов . [1] Мониторинг качества воды с помощью дистанционного зондирования и приборов ближнего действия привлек значительное внимание с момента основания Рамочной директивы ЕС по водным ресурсам. [1]

Путь, пройденный светом от Солнца через водоем до датчика дистанционного зондирования [1]

Обзор

Приборы дистанционного зондирования воды (датчики) позволяют ученым регистрировать цвет водоема, что дает информацию о наличии и распространенности оптически активных природных компонентов воды (планктона, отложений, детрита или растворенных веществ). Цветовой спектр воды, видимый спутниковым датчиком, определяется как видимое оптическое свойство (AOP) воды. Это означает, что на цвет воды влияет угловое распределение светового поля, а также природа и количество веществ в среде, в данном случае в воде. [2] Таким образом, значения отражательной способности дистанционного зондирования, AOP, будут меняться с изменениями оптических свойств и концентраций оптически активных веществ в воде. Свойства и концентрации веществ в воде известны как присущие оптические свойства или IOP. [1] IOP не зависят от углового распределения света («светового поля»), но они зависят от типа и количества веществ, присутствующих в воде. [2] Например, коэффициент диффузного ослабления нисходящего излучения, K d (часто используемый в качестве индекса прозрачности воды или мутности океана ) определяется как AOP (или квази-AOP), в то время как коэффициент поглощения и коэффициент рассеяния воды определяются как IOP. [2] Существует два различных подхода к определению концентрации оптически активных компонентов воды путем изучения спектров, распределений световой энергии по диапазону длин волн или цветов. Первый подход состоит из эмпирических алгоритмов, основанных на статистических соотношениях. Второй подход состоит из аналитических алгоритмов, основанных на инверсии калиброванных биооптических моделей. [1] [2] Точная калибровка используемых соотношений и/или моделей является важным условием успешной инверсии методов дистанционного зондирования воды и определения концентрации параметров качества воды из наблюдаемых спектральных данных дистанционного зондирования. [1] Таким образом, эти методы зависят от их способности регистрировать эти изменения в спектральной сигнатуре света, обратно рассеянного от поверхности воды, и связывать эти зарегистрированные изменения с параметрами качества воды посредством 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 причины их изменчивости и окраски было описано со времен Генри Хадсона (1600) до времен Чандрасекхары Рамана (1930). [4] Однако развитие методов дистанционного зондирования воды (с использованием спутниковых изображений, самолетов или оптических приборов ближнего действия) началось только в начале 1970-х годов. Эти первые методы измеряли спектральные и тепловые различия в излучаемой энергии с поверхности воды. В целом, были установлены эмпирические соотношения между спектральными свойствами и параметрами качества воды водоема. [3] В 1974 году Ричи и др. (1974) [5] разработали эмпирический подход для определения взвешенных отложений. Этот вид эмпирических моделей может использоваться только для определения параметров качества воды водоемов со схожими условиями. В 1992 году аналитический подход был использован Шибе и др. (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 исследованной поверхностной воды. Эта физически обоснованная модель была успешно применена для оценки концентраций взвешенных отложений. [3] [6] [7] [8]

Приложения

Пример спектров поглощения фитопланктона. На этом графике можно увидеть характерные синие и красные пики Ch-a при 438 нм и 676 нм. Другой видимый пик — это максимум поглощения цианофикоцианина при 624 нм. [1]

Используя оптические приборы ближнего действия (например, спектрометры , радиометры ), самолеты или вертолеты (воздушное дистанционное зондирование) и спутники (космическое дистанционное зондирование), измеряется световая энергия, излучаемая водоемами. Например, алгоритмы используются для извлечения таких параметров, как концентрация хлорофилла-а (Chl-a) и взвешенных частиц (SPM), поглощение окрашенным растворенным органическим веществом при 440 нм (aCDOM) и глубина Секки . [1] Измерение этих значений даст представление о качестве воды изучаемого водоема. Очень высокая концентрация зеленых пигментов, таких как хлорофилл, может указывать на наличие цветения водорослей, например, из-за процессов эвтрофикации. Таким образом, концентрация хлорофилла может использоваться в качестве косвенных показателей или индикатора трофического состояния водоема. Таким же образом, другие оптические параметры качества, такие как взвешенные частицы или взвешенные частицы (SPM), окрашенные растворенные органические вещества (CDOM), прозрачность (Kd) и хлорофилл-a (Chl-a), могут использоваться для контроля качества воды. [1]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefghi Laanen, ML (2007). «Желтые вещества — улучшение дистанционного зондирования окрашенных растворенных органических веществ во внутренних пресных водах. Архивировано 13 ноября 2018 г. в Wayback Machine ». Кандидатская диссертация. Амстердамский свободный университет: NL.
  2. ^ abcd IOCCG (2000). Дистанционное зондирование цвета океана в прибрежных и других оптически сложных водах. Sathyendranath, S. (ред.), Отчеты Международной координационной группы по цвету океана, № 3, IOCCG, Дартмут, Канада.
  3. ^ abc Ричи, Дж. К.; Зимба, П. В.; Эверитт, Дж. Х. (2003), «Методы дистанционного зондирования для оценки качества воды», Американское общество инженерной фотограмметрии и дистанционного зондирования, 69:695-704.
  4. ^ Марсель, Р., Вернанд и Винфрид ВКГиескес (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. ^ Ритчи, Дж. К.; МакГенри, Дж. Р.; Шибе, Ф. Р.; Уилсон, Р. Б. (1974), «Взаимосвязь отраженной солнечной радиации и концентрации осадков в поверхностных водах водохранилищ», Дистанционное зондирование ресурсов Земли, том III (редактор Ф. Шахрохи), Космический институт Университета Теннесси, Туллахома, Теннесси, 3:57–72
  6. ^ ab Schiebe, FR, Harrington, Jr., JA; Ritchie, JC (1992), «Дистанционное зондирование взвешенных отложений: проект озера Чико, Арканзас», Международный журнал дистанционного зондирования, 13(8):1487–1509
  7. ^ Харрингтон, JA, младший, Schiebe, FR; Никс, JF (1992). «Дистанционное зондирование озера Чико, Арканзас: мониторинг взвешенных отложений, мутности и глубины Секки с помощью Landsat MSS», Дистанционное зондирование окружающей среды, 39(1):15–27
  8. ^ "Прогнозирование качества воды: обучающиеся машины социальных сетей" . Получено 24 августа 2021 г.
  • Проект EULAKES, качество воды методом дистанционного зондирования
  • Проект CoastColour: дистанционное зондирование прибрежной зоны
  • Проект модернизации: региональная валидация продукции MERIS Chlorophyll в прибрежных водах Северного моря
  • Веб-сайт Great Lakes: Программа дистанционного зондирования Больших озер Мичиганского технологического института
  • Проект CoastWatch
  • Международная координационная группа по цвету океана
  • Деятельность Европейского космического агентства ЕКА: Наблюдение за Землей
  • Океан Цвет Веб
  • Оценка хлорофилла-а с помощью дистанционного зондирования для реализации Рамочной директивы по водным ресурсам в европейских периальпийских озерах
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Дистанционное_измерение_воды&oldid=1208357192"