湖泊遙感中溶解性有機碳的研究綜述

柏 靜,虞功亮,景學(xué)武,許葉偉,張玟萱,周欣雅,喬之怡

(1.天津農(nóng)學(xué)院 水產(chǎn)學(xué)院,天津300384;2.中國科學(xué)院水生生物研究所,湖北 武漢 430072)

湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的溶解性有機碳(DOC)在全球碳循環(huán)中起著至關(guān)重要的作用[1],但隨著DOC濃度的增加,會導(dǎo)致湖泊有機酸增加,也會改變水下光場,降低水體透明度,從而影響水生生物和水生生態(tài)系統(tǒng)。因此,DOC監(jiān)測對深入研究湖泊碳循環(huán)過程和估算湖泊碳收支以及研究DOC累積對湖泊生態(tài)系統(tǒng)的影響有著重要意義。

傳統(tǒng)DOC監(jiān)測采用TOC儀和分光光度計檢測方法[2],這些方法通常都是采用人工布點、收集水樣、帶回實驗室進行儀器檢測。這種方法往往會耗時費力,且數(shù)據(jù)量很少。隨著水體富營養(yǎng)化和水環(huán)境問題日益突出,水體監(jiān)測任務(wù)日益頻繁,這種傳統(tǒng)的方法不再適應(yīng)現(xiàn)代社會的監(jiān)測技術(shù)需求。衛(wèi)星遙感具有快速、大尺度檢測的技術(shù)優(yōu)勢,受到廣泛青睞。湖面遙感是指在長距離、不直接接觸目標表面的前提下,傳感器或地測方法可以透過表面所進行反射、散射或傳播的電磁波數(shù)據(jù)[3],并對其資料加以獲取、分析、處理研究、再利用,進而掌握并得到湖泊特征信息的一種技術(shù)[1,4]。近年來,遙感技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用日漸廣泛[5]。湖泊DOC遙感監(jiān)測也得到快速發(fā)展。因此本文從文獻現(xiàn)狀、DOC光學(xué)特性、反演模型開發(fā)、衛(wèi)星傳感器及數(shù)據(jù)源等方面,總結(jié)了湖泊DOC遙感的研究現(xiàn)狀,這對于湖泊DOC遙感技術(shù)發(fā)展有著重要意義。

1 文獻計量分析

中國知網(wǎng)(CNKI)作為本研究的文獻數(shù)據(jù)庫。以“溶解性有機碳”、“DOC”和“湖泊遙感”為主題詞。1989—2022年期間國內(nèi)外研究成果發(fā)表總計422篇,除去與主題不相關(guān)的文獻,確定剩余398篇文獻符合研究課題。其中,溶解性有機碳219篇,詳細講述溶解性有機碳成分的13篇,光學(xué)特性的5篇,遙感揭示時空變化31篇,遙感揭示DOC和其他生物關(guān)系128篇。其中中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所共發(fā)表該研究方向文獻24篇,是目前國內(nèi)研究機構(gòu)中發(fā)表文獻數(shù)最多的。

過去這30多年中,溶解性有機碳遙感反演研究不斷深入,一開始研究范圍多圍繞于土壤,隨著研究范圍的逐漸擴大,湖泊水質(zhì)遙感監(jiān)測的需要,湖泊遙感中的溶解性有機碳濃度監(jiān)測進一步發(fā)展并深入應(yīng)用。從溶解性有機碳遙感反演的發(fā)文數(shù)量上來看,2010年至今是一個持續(xù)增加的趨勢(圖1),這種趨勢可以分為三個階段,一是2010—2013年,初次深入研究及穩(wěn)步上升階段,該階段對其研究發(fā)展迅速;二是2013—2020年,這期間不斷發(fā)生波動,有疫情等多方面因素影響其研究進展;最后一階段是2020年至今,隨著2020年雙碳目標的提出,該研究方向開始呈現(xiàn)穩(wěn)定發(fā)展并持續(xù)上升階段。從這三個發(fā)展階段看來,湖泊溶解性有機碳的遙感反演日趨成熟,同時也希望這可以為改善湖泊水生態(tài)環(huán)境提供部分技術(shù)參考和理論研究[6]。

圖1 自1980年以來湖泊遙感中的溶解性有機碳發(fā)文數(shù)量及趨勢(標注橫縱坐標的標目)

2 DOC與CDOM的光學(xué)特性

湖泊在地球碳循環(huán)中釋放和儲存著大量的碳,每年湖泊碳排放和碳儲存與地球海洋的數(shù)量相當(dāng), DOC是湖泊中最大的還原碳庫[7],它可以為湖泊中的浮游動植物、藻類、微生物等提供能量和碳,所以溶解性有機碳是湖泊碳循環(huán)中的關(guān)鍵部分[1,4]。

因為DOC是非光學(xué)活性的參數(shù),因此利用具有光學(xué)活性的CDOM進行遙感反演是目前常用且有效的方法。雖然CDOM并不能代表整個DOC碳庫,但許多研究均發(fā)現(xiàn)在某些海岸帶水體、河口及內(nèi)陸水域中,CDOM的光吸收與DOC濃度有很強的相關(guān)性[8]。目前,CDOM領(lǐng)域的研究主要是根據(jù)CDOM的特性來分析復(fù)雜內(nèi)陸水域中溶解性有機物的相關(guān)特征,其光學(xué)特性主要體現(xiàn)在光吸收和熒光性上。

2.1 吸收特性

在溶解有機碳庫中,有一組部分光學(xué)活性物質(zhì),并且可以強烈吸收紫外光(UV-A和UV-B),這些物質(zhì)在波段中呈現(xiàn)出明顯的黃色且在范圍內(nèi)吸收最不明顯,于是將這類物質(zhì)稱為“黃色物質(zhì)”。20世紀90年代后,國際上研究者便將黃色物質(zhì)改稱為“有色可溶性有機物(chromophoric dissolvable organic matter,CDOM)”[9]。CDOM的吸收主要發(fā)生在紫色和藍色光區(qū)域,CDOM在可見的藍色光區(qū)域的吸收與葉綠素a和總懸浮物(TSM)的吸收重疊,這對評估內(nèi)陸水域的生物生產(chǎn)力有重要影響[9-10]。CDOM吸收紫外輻射光后,導(dǎo)致光漂白或是光降解反應(yīng), CDOM的彩色組分可以光解為無色組分,因此隨著波長的增加,吸收作用會迅速減小。CDOM的光學(xué)活性物質(zhì)主要是通過紫外-可見吸收來描述,CDOM在200～800 nm的波長范圍內(nèi)呈指數(shù)型, 200～800 nm之間呈指數(shù)級下降。通常選擇a(440),a(355)或者a(350)吸收系數(shù)來表示短波長下CDOM的濃度,紫外線吸收波長越短,則CDOM的吸收系數(shù)與水中的DOC濃度之間的關(guān)系越好,一般來說,水中的DOC濃度與CDOM吸收系數(shù)之間可以建立一定的模型關(guān)系,從而估算出湖泊DOC的濃度[8,10]。

2.2 熒光特征

內(nèi)陸水體的DOC濃度可以用來表示溶解性有機物(DOM)的濃度,而簡單的特定波長吸收系數(shù)aCDOM可以表示DOM內(nèi)部組分,為了區(qū)分水體中DOC的組分,通?？梢詼y定水中CDOM的三位熒光光譜,從而分析組分來源于組成[11]。

利用CDOM的熒光特性:短波長的光作為激發(fā)波長,CDOM吸收較長的波長并發(fā)出熒光,利用PARAFAC(平行因子分析)對熒光光譜進行三維分析,能夠客觀定量和定性地分析CDOM含量和其他成分特性的變化。分析三維熒光法(TEE)方法可以解析水環(huán)境中CDOM的來源、降解、組分特性等[12]。 這種方法被廣泛用于識別水生環(huán)境中CDOM的來源熒光成分和其他相關(guān)信息。CDOM的熒光部分主要是來自陸地輸入物和腐爛的植物殘體的蛋白質(zhì)和腐殖酸部分,其中腐殖酸主要來自自由形成的細菌和水體中的微生物活動,但也來自工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活廢水。土壤類型、降雨量、徑流量、植被類型、人為活動等都會對CDOM濃度及組成產(chǎn)生一定影響。現(xiàn)在,國際上許多研究表明,CDOM的熒光成分是通過三維熒光來描述的,分析海洋水域和內(nèi)陸水域中CDOM的三位熒光光譜經(jīng)常使用PARAFAC方法。PARAFAC方法提取3～13種熒光成分,同時還可以分析這些熒光成分在水體中的動態(tài)變化,進而得出它們的分布模式,將水質(zhì)參數(shù)與CDOM吸收系數(shù)聯(lián)系起來,并為利用水色遙感技術(shù)估計內(nèi)陸水域的CDOM濃度提供了一個基礎(chǔ)。

3 溶解性有機碳的反演模型

遙感技術(shù)可以獲取湖泊中各種物質(zhì)的光譜特征,所以可以進行與水體要素密切相關(guān)的要素進行反演,例如溶解性有機碳、透明度、濁度等[12-13]。

目前DOC的遙感反演有兩種方法,一是直接反演法,根據(jù)實際測得的DOC濃度值與遙感波段反射率直接建立經(jīng)驗關(guān)系;二是是間接反演法,先通過遙感波段反射率反演CDOM濃度,再根據(jù)DOC濃度與CDOM濃度之間的關(guān)系計算DOC濃度。利用遙感數(shù)據(jù)進行湖泊水體要素反演的主要有三種模型:經(jīng)驗?zāi)Ｐ?、半?jīng)驗和半分析模型、人工智能模型[11,14]。

經(jīng)驗?zāi)Ｐ陀纸薪y(tǒng)計模型,根據(jù)大量遙感數(shù)據(jù)(水表層以上或以下的反射率)和其相應(yīng)現(xiàn)場同步測量的水體要素數(shù)值,使用統(tǒng)計學(xué)的方法建立遙感數(shù)據(jù)和實驗數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。這種模型的優(yōu)點是算法更簡單,需要的參數(shù)更少,當(dāng)理論模型的參數(shù)很重、很復(fù)雜、更難獲得時,這是最可取的。其缺點是空間和時間上的限制,低代表性,低穩(wěn)定性以及重復(fù)利用性也不足。

隨著DOC光學(xué)特性的了解和遙感機理研究的逐漸深入,經(jīng)驗?zāi)Ｐ椭饾u放棄,具有機理模型的半經(jīng)驗算法被認可。半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?也稱為統(tǒng)計物理模型,是指在分析水體特征的光譜特性的基礎(chǔ)上,在測量的水體特征數(shù)據(jù)和同時從遙感獲得的光譜特征波段或組合之間建立統(tǒng)計關(guān)系。這種類型的模型的優(yōu)點是,水體的光譜特征和統(tǒng)計分析的結(jié)合有一定的物理基礎(chǔ)。其缺點是,模型的準確性必須很高,方法的應(yīng)用很復(fù)雜且模型的通用性很低。

半分析模型是重要的分析模型。分析模型使用水的輻射傳遞模型來確定水體的光譜反射值和水體成分之間的關(guān)系,然后通過水體的反射光譜值反向推導(dǎo)計算得到反估水體各成分的含量。利用光學(xué)遙感數(shù)據(jù)反演水體成分,只提供了分析模型反演中的部分水體固有光學(xué)量,而反演過程中的大部分水體參數(shù)需要引入經(jīng)驗關(guān)系,所以在分析模型的推導(dǎo)過程中采用經(jīng)驗方程來引入,得到半分析模型[9]。半分析模型也是隨著高光譜技術(shù)的不斷發(fā)展而發(fā)展,因為半分析模型,一方面需要水體輻射傳輸方程中的參數(shù)比較多,必要使用具有多波段的高光譜遙感數(shù)據(jù)才能滿足;另一方面因為高光譜數(shù)據(jù)可以提取水體中的特征波段,從而加強了水體要素反演的精度和穩(wěn)定性。半分析模型是湖泊水體遙感反演模型日后發(fā)展的方向,隨著大氣校正模型的不斷發(fā)展和大量水體固有光學(xué)數(shù)據(jù)的積累,半分析模型將在湖泊水體中發(fā)揮更顯著的作用和優(yōu)勢。

除了上述所提到的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?、半?jīng)驗/半分析模型以外,還有基于遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機等人工智能模型。人工智能模型的優(yōu)勢在于它可以使用多種人工智能算法來模擬水體輻射傳輸?shù)倪^程,可以達到快速反演多個水體要素。下面將國內(nèi)外直接反演法與間接反演法做了總結(jié)(表1)。

表1 直接反演法與間接反演法研究結(jié)果

3.1 DOC直接反演法

Arenz等[15](1996)率先利用遙感技術(shù)建立了遙感反射率與DOC濃度之間的經(jīng)驗關(guān)系,并開發(fā)了一種利用波段匹配來反演DOC濃度的算法。陳楚平等[16](2001)在珠江口進行了觀測實驗,得到了遙感反射率與實測DOC濃度的關(guān)系,最后確定了波段的最佳組合,構(gòu)建了lg(DOC)=1.241 9 lg(R670/R412)-0.2614的模型用于該流域的DOC濃度反演。張運林[17]等(2005)通過研究太湖水體中DOC濃間的關(guān)系,得出:lg(DOC)=0.654(±0.012)lg[R670/R530] +1.007(±0.086)。Kust等[18]( 2015) 使用MERIS數(shù)據(jù),將CDOM、DOC 和 TOC等水體各個碳組分遙感反演模型。Cherukuru等[19](2016)在澳大利亞莫爾頓灣基于野外數(shù)據(jù),開發(fā)了DOC濃度相關(guān)經(jīng)驗算法,從R412/R488的比值中得出DOC濃度,建立了模型:lg(DOC)=282.01exp(-1.72(R412/R488)。

3.2 CDOM-DOC關(guān)系間接反演法

1993年,Frank E.H.等提出了根據(jù)熒光測量結(jié)果反演CDOM的光吸收活性,建立CDOM的熒光發(fā)射和DOC濃度之間的適當(dāng)關(guān)系,從而快速獲取DOC濃度的設(shè)想。Mannino等[20](2008)取得了美國大西洋中部海灣的MODIS和SeaWiFS數(shù)據(jù),同時利用DOC與CDOM吸收系數(shù)之間的經(jīng)驗關(guān)系建立了第一個CDOM吸收系數(shù)與遙感反射率的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?從而可以反演該區(qū)域的DOC濃度。Fang Cao等[21]利用MERIS衛(wèi)星數(shù)據(jù),在墨西哥灣北部、切薩皮克灣河口和大西洋中部沿海水域進行算法研究,利用多光譜遙感反射率檢索不同波長CDOM的光吸收活性,最終建立了CDOM吸收斜率與DOC濃度的關(guān)系式:DOC=aCDOM(300)/(exp(-15.05-33.95×S275-295)+exp(-1.502-104.3×S275-295)。起初大部分研究在歐洲海岸帶、北美海灣等地區(qū),還有少部分關(guān)于東太平洋的研究,因此國內(nèi)對CDOM與DOC關(guān)系認識還不夠充分,中國更是鮮少有對內(nèi)陸水體的研究。白雁等[22]在我國黃東海海區(qū)進行試點研究,利用SeaWiFS數(shù)據(jù)資料,比較了SIO算法、Lee算法、GSM01算法的遙感反演結(jié)果,最終建立了SIO半分析遙感反演算法,即DOC=90.91×aCDOM(355)+84.5。雖然該算法需要進一步完善與驗證,但總體來說可以較好地表述黃東海區(qū)域的趨勢變化,也是國內(nèi)較為成功的一項研究案例。

4 衛(wèi)星傳感器及數(shù)據(jù)源

隨著技術(shù)的發(fā)展以及對湖泊DOC濃度動態(tài)監(jiān)測的需求,監(jiān)測的重要信息多源自于遙感數(shù)據(jù),高光譜遙感技術(shù)的發(fā)展和高分辨率陸地衛(wèi)星的應(yīng)用也促進了湖泊DOC濃度的發(fā)展,同時可以將遙感反演算法成功運用到衛(wèi)星影像上,實現(xiàn)湖泊DOC濃度在時空上的遙感估算,也為水質(zhì)監(jiān)測提供技術(shù)支撐[21]。遙感體系需要由傳感器、遙感平臺、地面站等構(gòu)成,傳感器可以遠距離測量地物環(huán)境輻射。湖泊DOC濃度監(jiān)測數(shù)據(jù)源可分為微波遙感數(shù)據(jù)和可見光數(shù)據(jù)[23]。

海洋水體有專門的水色傳感器,如CZCS(1978—1986年)、SeaWiFS(1997年至今)、MODIS(1999年至今)、LandSat (1999年至今)、MERIS(2002年至今)還有我國HY-1 A/B上的COCTS(2002年至今)[24]。由于對內(nèi)陸水體水色遙感的研究還沒有海洋水色遙感成熟,因此海洋水色傳感器一般空間分辨率不高,但在時間分辨率、光譜分辨率和信噪比等方面存在明顯的優(yōu)勢。例如在內(nèi)陸水體中DOC濃度數(shù)據(jù)監(jiān)測的來源最為常用的傳感器為MODIS傳感器,該傳感器空間分辨率僅為250 m,已知青海湖被稱為中國最大的湖泊,面積約為4 500 km2,因此湖泊水色遙感的實際應(yīng)用在一定程度上受限于像這樣的海洋水色傳感器。目前,用于DOC濃度反演的遙感數(shù)據(jù)有SeaWiFS、MODIS、LandSat、MERIS、Sentinel系列。

湖泊水色方面使用陸地多光譜衛(wèi)星傳感器較多,如Landsat TM/ETM+、SPOT HRV、EO-1 ASTER、CBERS CCD、北京一號-CCD 等,這些傳感器的空間分辨率約20～30 m,時間分辨率較低,約25～30 d,因此并不能及時發(fā)現(xiàn)湖水污染,湖泊水質(zhì)監(jiān)測無法形成有效監(jiān)測,具有一定的實用性限制。因此隨著技術(shù)發(fā)展,專家和研究人員對高光譜遙感的興趣逐漸濃厚,如機載高光譜傳感器AVIRIS、OMIS和CAS,以及EO-1 Hyperion星載高光譜傳感器[22,25,26]。然而,這些傳感器依然存在一些高光譜傳感器的缺點,如低信噪比和窄刈幅。值得一提的是,中國在2008年成功發(fā)射了一組用于環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)測的A、B和C類小衛(wèi)星[27-28],環(huán)境衛(wèi)星配備了四種類型的遙感裝置:廣角CCD相機、多光譜紅外掃描儀、高光譜成像系統(tǒng)和合成孔徑雷達,具有中高空間分辨率(20～30 m)、高時間分辨率(2 d)、高光譜分辨率(0.45～0.95 μm 波譜范圍內(nèi) 128 個波段)和寬觀測幅寬(720 km),為湖泊水色遙感反演做出了一定貢獻。

綜上可見,在這些傳感器中,時間分辨率不足的問題已經(jīng)逐漸得到解決,但空間分辨率仍是待解決問題,湖泊面積與海洋面積存在一定差異,滿足湖泊DOC濃度監(jiān)測的遙感數(shù)據(jù)需進一步完善。

Landsat衛(wèi)星是美國國家航空航天局(NASA)于1972年開始發(fā)射的,該系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)常用于DOC濃度監(jiān)測。韓增磊等[29]將太湖作為研究對象,分析了Landsat-8 OLI_TIRS衛(wèi)星圖像的反演數(shù)據(jù),特別對溶解性有機物(DOM)和Landsat的水質(zhì)模型進行了深入研究,認為Landsat各種水質(zhì)參數(shù)(紅波段、近紅波段和藍波段)的反演與太湖水域DOC濃度模型分布一致。Lin等[30]利用機器學(xué)習(xí)算法結(jié)合Landsat ETM+的數(shù)據(jù),提高了湖泊中藻類生物量的準確性,所建立的模型明顯改善了對藻類狀況時間變化的分析。

Aqua衛(wèi)星(EOS-PM1)是美國宇航局EOS系列的第二顆衛(wèi)星(第一顆Terra),于2002年5月4日發(fā)射。該衛(wèi)星主要觀察海洋、陸地、大氣、植被和雪域覆蓋冰區(qū)。它可以收集水文循環(huán)的數(shù)據(jù),包括水的蒸發(fā)、云的形成、全球降水和洋流等等[28]。雖然Aqua衛(wèi)星和Terra衛(wèi)星執(zhí)行的任務(wù)差不多,但Aqua衛(wèi)星的數(shù)據(jù)將能夠?qū)Φ厍虻乃h(huán)境和生態(tài)模式進行更詳細的研究,并進一步闡明地球生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境變化之間的相互作用。這意味著對水域DOC濃度實時監(jiān)測又更近了一步。

Aqua衛(wèi)星配備了地球觀測系統(tǒng)高級微波掃描輻射計(AMSR-E)、巴西濕度傳感器(HSB)、高級微波掃描輻射計(AMSU-A)、大氣紅外探測儀(AIRS)、中分辨率成像光譜儀(MODIS)和云能量與地球輻射系統(tǒng)(CERES)六個傳感器。其中MODIS傳感器空間分辨率為250、500 m或1 000 m,刈幅寬度為2 330 km,共有36個波段,其中1～19和26波段為可見光和近紅外光,剩下的則為熱紅外光[31]。其實MODIS傳感器是寬視場海洋觀測傳感器(SeaWiFS)、甚高分辨率掃描輻射計(AVHRR)、專題制圖儀(TM)等傳感器的優(yōu)化與延續(xù),該傳感器信噪比,能夠提供一天4次的觀測數(shù)據(jù),可以構(gòu)造陸地、大氣、海洋的全球動力模型。不難看出MODIS是真正做到多學(xué)科結(jié)合觀測的傳感器,根據(jù)它提供的數(shù)據(jù)可以對湖泊遙感進行更深入地研究與探討。Shaojie Mu[32]等就是結(jié)合Landsat和MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù),量化了鄱陽湖2000—2019年間湖泊的變化動態(tài)。20年來,湖泊水位呈現(xiàn)明顯下降趨勢,湖泊泛濫也造成了該地區(qū)生態(tài)、經(jīng)濟等問題。Landsat和MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)無疑為優(yōu)化鄱陽湖的水文管理和生物多樣性保護提供了明確的參考意義,使用Landsat和MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)對湖泊DOC濃度進行年度監(jiān)測也是可實現(xiàn)的。

2014年,Sentinel衛(wèi)星發(fā)射升空。該系列衛(wèi)星不僅可以提供水覆蓋、內(nèi)陸水域、沿海地區(qū)的圖像,還可以提供湖泊、沿海水域污染情況信息。Sentinel-2衛(wèi)星具有13個光譜通道,可以獲得更多的水質(zhì)參數(shù),例如葉綠素濃度、檢測有害藻類、水體透明度等,依據(jù)這些便可以清楚獲得水體污染程度,也為DOC濃度監(jiān)測提供了更多信息源。Sentinel-3衛(wèi)星更是可以支持提供海面地形、海面陸地面溫度、海洋陸地顏色信息,以及提供海洋預(yù)報系統(tǒng)。徐健[33]以鄱陽湖為研究對象,對其DOC和CDOM的特性、兩者相互關(guān)系、主要組成和來源、時空分布等研究方向入手,以DOC濃度和CDOM吸收特征為研究主線,結(jié)合Sentinel-2 MSI的遙感數(shù)據(jù),研究建立了適用于鄱陽湖地區(qū)水體特征的遙感反演模型,為DOC濃度動態(tài)監(jiān)測提供了一定基礎(chǔ)。王林[34]等人將懸浮物作為主要研究指標,以2013—2021年為研究期限,利用遙感技術(shù)對秦皇島海域進行濃度監(jiān)測,采用的是Sentinel-3 OLCI遙感數(shù)據(jù),最終建立了適用于該海域的Sentinel-3 OLCI四波段懸浮物遙感反演模型,為秦皇島生態(tài)環(huán)境監(jiān)管提供了可靠的參考依據(jù)。除了懸浮物濃度以外,他們還對葉綠素a濃度等進行了研究分析,這些水化指標與DOC濃度之間存在一定的相關(guān)性,所建立的反演模型也為DOC濃度的反演提供了一定的借鑒意義[35]。

5 展望

通過大量的文獻研究表明,有效的遙感方法可以幫助湖泊監(jiān)測水質(zhì)和生態(tài)狀況。同時,最新的遙感技術(shù)還可以為未調(diào)查的湖泊生態(tài)指標提供寶貴的歷史信息資料,特別是對于那些信息匱乏和缺乏檢測的地區(qū),結(jié)合現(xiàn)代遙感技術(shù)可以大大增加其價值。

我國湖泊大部分都屬于典型的Ⅱ類水體,湖泊水體組成復(fù)雜多變。湖泊水質(zhì)遙感與海洋沿岸水體存在很大差別,因此解決適用于湖泊水質(zhì)遙感的問題還需進一步加深研究。DOC是湖泊的一個重要組成部分。遙感湖泊中溶解有機碳的反演算法在通用性和反演精度方面有很大的不確定性[36]。對溶解性有機碳的遙感算法的通用性和準確性都需要改進。不同湖泊類型溶解性有機碳的組成和來源對遙感反演精度影響較大,對于其濃度反演,需要結(jié)合多學(xué)科,更深入的了解學(xué)習(xí)。

目前,遙感技術(shù)在水體透明度、TP、TN、葉綠素a、CDOM等湖泊水質(zhì)指標方面已有很多研究,各種算法、現(xiàn)有工具、產(chǎn)品等都可以用于湖泊研究和管理。根據(jù)已有的文獻和資料,我們有一定的理論基礎(chǔ)和實驗方法,可以進行湖泊水質(zhì)指標的實驗研究。但是,湖泊遙感和湖泊水資源管理并不是一個獨立的學(xué)科體系,我們需要結(jié)合專業(yè)知識提高對湖泊生態(tài)的認識,需要多時代、大規(guī)模的監(jiān)測數(shù)據(jù)支持對生態(tài)指標的時空模型進行分析[37]。這是未來仍需努力和攻克的方向。