重金属污染水体背景下的底质反射率光谱特征及其对离水反射率贡献影响分析

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中文摘要：水体重金属遥感反演是水环境遥感领域中的难题,目前仍有相当多的基础性问题有待解决,而浅水区底质对离水反射率贡献规律是将来遥感反演模型精度其中一个重要影响因素,尤其在重金属污染这种特殊的背景下,揭示其贡献规律对提升水体重金属遥感模型精度有重要作用,测量结果对研究重金属尾矿底泥的反射率光谱特征以及区分常见水底底质有参考意义.首先利用光谱仪测量获得广东大宝山尾矿底质反射率,发现其在波长755、1280、1620和2200 nm存在反射峰,有明显光谱特征,并与河床常见的粗沙、淤泥和石头三类底质反射率进行了对比分析,结果表明:一方面,粗沙和淤泥反射率呈一缓慢上升的曲线,与存在多个特征反射峰的矿区底泥有明显区别;另一方面,石头反射率则在波长范围550～650 nm出现一个宽而扁平的反射峰后随即在波长675 nm处出现波谷然后增大至波长750 nm后趋于平缓,其特征波长与矿区底泥均不一样.上述特征波长可作为重金属污染背景下底泥光谱的重要区分波段.测量水深为1 cm、10 cm和深水区的离水反射率,结合水质遥感模型计算出1 cm水深情况下底质反射光、水体散射光,并将其对离水反射率贡献进行讨论.离水反射率测量结果表明,底质对浅水区影响极大,随着水深变浅,离水反射率总体不断被抬升.而水底反射光和水体散射光对离水反射率贡献规律则以波长515 nm为分界线,向短波方向以水体散射光贡献为主,向长波方向则以水底反射光为主,贡献量由底质反射能力和水体散射能力共同决定.对考虑了底质反射光后的遥感模型精度进行评价,模型计算得到波长范围350～950 nm内的离水反射率与野外测量值对比结果,二者具有显著的线性相关(R2=0.9642),相对误差在波长范围560～830 nm低于10％,甚者可低于5％,模型总体模拟精度较好,远比在不考虑底质影响时精度高,模型满足将来水中重金属遥感反演要求.研究结果对今后水体重金属遥感反演时处理底质影响提供了重要的参考数据和理论依据,有助推动该领域进一步发展.

外文标题：Spectral Characteristics of Sediment Reflectance Under the Background of Heavy Metal Polluted Water and Analysis of Its Contribution to Water-Leaving Reflectance

外文关键词：

Remote sensing of heavy metals in waterHeavy metal mining areaSediment reflectanceSpectral characteristic analysisModel accuracy evaluation

作者：

梁业恒、邓孺孺、梁钰婕、刘永明、吴仪、袁宇恒、艾先俊

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作者单位：

中山大学地理科学与规划学院,广东广州 510006

广东省水环境遥感监测工程技术研究中心,广东广州 510006

中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室,广东广州 510301

香港中文大学地理与资源管理系,香港 999077

北京师范大学地理科学学部,北京 100875

广州市城市规划勘测设计研究院花都分院,广东广州 510060

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关键词：

水体重金属遥感重金属矿区底质反射率光谱特征分析模型精度评价

基金：

国家自然科学基金项目广东省自然科学基金项目广州市科技计划项目浙江省生态环境科研和成果推广项目

项目编号：

419013522020A15150107802021020204542020HT0010

出版年：

2024

DOI：

10.3964/j.issn.1000-0593(2024)01-0111-07

光谱学与光谱分析

中国光学学会

光谱学与光谱分析

CSTPCD北大核心

影响因子：0.897

ISSN：1000-0593

年,卷(期)：2024.44(1)

参考文献量14