干旱区地理 ›› 2024, Vol. 47 ›› Issue (6): 953-966.doi: 10.12118/j.issn.1000-6060.2023.386
收稿日期:
2023-07-27
修回日期:
2023-11-11
出版日期:
2024-06-25
发布日期:
2024-07-09
通讯作者:
郭梦京(1986-),男,博士,副教授,主要从事流域水文过程对环境变化的响应和模拟相关研究. E-mail: guomengjing@xaut.edu.cn作者简介:
吕娜(1999-),女,硕士生,主要从事干旱区水文水资源保护研究. E-mail: 15280996112@163.com
基金资助:
LYU Na(), GUO Mengjing(), ZHAO Xin, LIU Kele, HUANG Yujia
Received:
2023-07-27
Revised:
2023-11-11
Published:
2024-06-25
Online:
2024-07-09
摘要:
湖泊作为干旱区重要的水源载体,旱区湖泊的水质变化对维持区域生态平衡和水分循环发挥着重要作用。因此,以我国内陆淡水湖泊博斯腾湖为研究区,对2001—2020年Landsat系列遥感影像进行大气校正、辐射定标等预处理;利用改进的归一化指数法提取水体分析其面积变化趋势,并结合实测矿化度浓度及叶绿素a浓度数据,利用经验方法对比分析波段及波段组合反射率与矿化度浓度以及叶绿素a浓度的相关性,并筛选出相关性最好的波段建立模型。以B5、B3/B4、B3+B4的波段组合构建矿化度浓度反演模型,以B2、B3、B2×B3的波段组合构建叶绿素a浓度反演模型。最后利用决定系数和均方根误差对遴选出的2个反演模型进行精度验证。结果表明:(1) 湖区面积变化呈2001—2013年逐渐缩小、2013年后逐渐回升两阶段趋势。(2) 博斯腾湖矿化度浓度空间分布具有湖中心浓度高,湖周边浓度低的特点;叶绿素a浓度空间分布与矿化度浓度分布相反。(3) 长时间序列下的博斯腾湖区矿化度浓度与叶绿素a浓度在年尺度上均呈现先增加后减小的趋势。其中矿化度浓度最大值为2013年的1023.8 mg·L-1,叶绿素a浓度最大值为2015的5.04 μg·L-1。在过去的几十年里,中国在博斯腾湖的水质监控及其治理成果方面取得了显著进展,但在时空覆盖、指标列表、人与自然相互作用的结合、反演精度和模型泛化等方面还需进一步改进。
吕娜, 郭梦京, 赵馨, 刘可乐, 黄宇佳. 内陆淡水湖博斯腾湖水质遥感反演及时空演变特征[J]. 干旱区地理, 2024, 47(6): 953-966.
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表1
遥感影像获取信息"
年份 | 影像日期(月-日) | 数量 | ||
---|---|---|---|---|
TM | ETM+ | OLI | ||
2001 | 05-15、06-16、08-03、10-22 | 4 | ||
2002 | 05-02、06-03、07-21、08-06、10-25 | 5 | ||
2003 | 07-16 | 05-21、08-09、10-28 | 4 | |
2004 | 07-02、10-22 | 04-05、05-23、08-11、09-12 | 6 | |
2005 | 04-08、05-10、06-11、06-27、07-29、08-14、08-30、09-15 | 8 | ||
2006 | 05-21、06-06、06-22、09-10、10-12 | 05-13、06-30、08-01、10-20 | 9 | |
2007 | 05-24、07-27、09-13 | 04-14、06-01、07-19、08-20、10-23 | 8 | |
2008 | 05-10、07-13 | 03-31、06-19、08-06、09-07、10-09 | 7 | |
2009 | 05-29、07-16、08-01、10-20 | 04-03、04-19、06-22、08-25、09-26 | 9 | |
2010 | 04-14、08-04、08-20、09-05、10-07 | 05-08、06-09 | 7 | |
2011 | 05-03、06-04、07-06、08-07、 08-23、09-24 | 04-09、06-28、10-18 | 9 | |
2012 | 04-27、05-13、05-29、07-16、08-17、09-02、10-20 | 7 | ||
2013 | 04-22、05-24、06-25、07-27、08-28、09-29、10-15 | 7 | ||
2014 | 07-22 | 04-25、05-27、06-12、07-14、08-15、08-31、10-18 | 8 | |
2015 | 08-26 | 04-12、05-30、06-15、07-17、08-18、09-19、10-21 | 8 | |
2016 | 06-25、07-27 | 04-14、05-16、06-01、08-04、09-05、10-07 | 8 | |
2017 | 04-17、05-03、06-20、07-22、08-07、09-08、10-26 | 7 | ||
2018 | 05-22、06-23、07-09、08-10、08-26、09-27、 10-13、10-29 | 8 | ||
2019 | 05-09、06-10、07-12、07-28、08-13、09-14、10-16 | 7 | ||
2020 | 04-09、05-27、06-12、07-30、08-15、08-31、 09-16、10-02 | 8 |
表4
矿化度浓度反演模型"
自变量 | 函数表达式 | R2 | RMSE/mg·L-1 |
---|---|---|---|
B2、B3 | Y1=1169.92+1.65B2-1.66B3 | 0.547 | 131.91 |
B2、B3+B4 | Y2=1130.003+1.65B2+0.0004(B3+B4) | 0.459 | 144.92 |
B2、B3+B4 | Y3=1012.88+1.13B2-0.65(B3+B4) | 0.406 | 151.02 |
B2、B3、B4 | Y4=1159.14+1.67B2-1.62B3-0.05B4 | 0.548 | 132.48 |
B2、B3/B4、B3+B4 | Y5=1133.69+1.09B2-35.11B3/B4- 0.67(B3+B4) | 0.421 | 149.96 |
B2、B3、B4、B5、B6、B7 | Y6=3203+1.52B2-1.43B3-0.24B4+0.68B5-3.62B6+3.78B7 | 0.561 | 132.63 |
表7
叶绿素a浓度反演模型"
自变量 | 函数关系方程式 | R2 | RMSE/μg·L-1 |
---|---|---|---|
B2 | Y1=2.29+0.007B2-0.56×10-5B22+0.11×10-8B23 | 0.266 | 1.36 |
B3 | Y2=1.39+0.008B3-0.53×10-5B32+0.93×10-9B33 | 0.262 | 1.39 |
B2×B3 | Y3=3.38+0.22×10-5B2×B3-0.84×10-12(B2×B3)2+0.64×10-19(B2×B3)3 | 0.212 | 1.46 |
B2、B3 | Y4=2.891-0.007B2+0.006B3 | 0.228 | 1.44 |
B3、B2/B3 | Y5=2.19-0.15×10-5B2×B3+0.003B3 | 0.271 | 1.37 |
B2、B3、B2×B3 | Y6=1.70-0.14×10-5B2×B3-0.005B2+0.01B3 | 0.367 | 1.28 |
B2、B3、B2/B3 | Y7=-0.78-0.12B2+0.01B3+ 5.37B2/B3 | 0.278 | 1.37 |
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