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最新刊期

2022 年第 1 期

封面故事

综述

序言
郭华东
2022, 26(1): 1.

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发布时间：2022-04-30
湖泊遥感专刊简介
段洪涛,李俊生,冯炼
2022, 26(1): 2.

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发布时间：2022-04-30
湖泊遥感研究进展与展望
段洪涛,曹志刚,沈明,马金戈,齐天赐
2022, 26(1): 3-18. DOI: 10.11834/jrs.20221301

摘要：湖泊遥感作为一门新型交叉学科，是湖泊科学和遥感科学的重要分支。本文探讨了湖泊遥感科学的研究对象、内容和方法，通过梳理国内外总体研究进展，总结出湖泊遥感的5个发展趋势：（1）关注问题，从兴趣导向发展到问题导向；（2）观测手段，从地基遥感/中分辨率卫星发展到高分辨率/高光谱/无人机；（3）算法算力，从单机版经验/机理模型发展到云计算机器算法；（4）研究维度，从水体表层发展到垂向剖面；（5）研究区域，从单一/区域湖泊发展到国家/大洲/全球尺度。最后，指出了湖泊遥感学科未来的重点发展方向：（1）研制满足湖泊观测特点的静止卫星或小卫星集群；（2）发展湖泊水色遥感标准算法，建设全球湖泊卫星遥感监测网络；（3）加强全球变化背景下的湖泊盐度、温度和碳循环等遥感研究；（4）开展全流域统筹的湖泊天空地遥感监测和模拟研究。
关键词：湖泊遥感;机器学习;监测网络;卫星星座;可持续发展;大数据;水色遥感
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发布时间：2022-04-30
基于水体光学分类的二类水体水环境参数遥感监测进展
李云梅,赵焕,毕顺,吕恒
2022, 26(1): 19-31. DOI: 10.11834/jrs.20221212

摘要：二类水体主要包括内陆及近岸水体，受浮游植物、悬浮颗粒、有色可溶性有机物等多种因素影响，光学特性复杂多变，难以建立统一的水环境参数遥感定量估算模型。针对水体的光学特征，进行水体光学分类，进而反演水环境参数的方法，不仅能够提高参数估算精度，而且便于模型在同类水体中推广应用。水体光学分类方法主要包括基于固有光学特征的光学分类、基于遥感反射率波形特征的光学分类和以参数反演为目标的光学分类等方法。在分类反演的策略中，包括分类与模型算法融合、基于水体光学类型优选算法、优选多模型混合计算等方法。具体应用时，需要根据研究区水体光学特征的复杂程度和研究目的，选取不同的分类方法及参数遥感估算策略。
关键词：水体光学分类;二类水体;水环境参数;遥感监测;遥感定量估算模型
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发布时间：2022-04-30
内陆水体藻蓝蛋白遥感反演研究进展
吕丽丽,宋开山,刘阁,温志丹,尚盈辛,李思佳
2022, 26(1): 32-48. DOI: 10.11834/jrs.20221276

摘要：藻蓝蛋白（PC），作为蓝藻的标志性色素，通常被用作进行蓝藻水华遥感监测的标志物。近年来，内陆水体水质恶化，富营养化加剧，藻华频发，PC遥感反演研究越来越受到关注。本文从PC光学特性、反演算法开发、卫星传感器应用等方面难点及干扰因素，综合梳理了过去30 a PC遥感反演研究的发展历程和趋势，以期理解国内外相关研究的新思路和新方法，掌握未来PC遥感反演发展研究的新动态，为水质和水资源的监管提供数据和理论基础。过去的30 a里，PC遥感反演研究发文量持续走高，并在算法上取得突破性进展，先后出现了很多经典算法，如波段比法、基线法、嵌套波段比法、生物光学模型、衍生算法和机器学习算法等，成功地分离出PC特征吸收波段（620 nm）的光谱信息，弱化了其他光学活性物质的影响，获得了较可靠的精度。另外，除高光谱航空/卫星影像数据（Hyperion、HICO）外，多光谱卫星遥感平台的PC遥感反演研究也日趋成熟，可选择的数据源种类较多，如Landsat系列、MODIS、MERIS、Sentinel-2 MSI、Sentinel-3 OLCI，其中MERIS和Sentinel-3 OLCI由于其辐射分辨率、空间分辨率和波段设置更适合用于PC遥感反演，在PC遥感反演中被广泛使用。由于PC光谱信号较弱，且易受叶绿素a、悬浮颗粒物等的干扰，想获得高精度的PC遥感估算，仍然是个挑战，未来PC遥感反演研究将向着PC测试方法的标椎化、算法精细化、时空格局大尺度化及PC遥感反演应用深入化等方面发展。
关键词：湖泊遥感;内陆水体;藻蓝蛋白;光学特性;反演算法;卫星传感器
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发布时间：2022-04-30
湖泊碳循环研究中遥感技术的机遇与挑战
黄昌春,姚凌,李俊生,周成虎,郭宇龙,李云梅
2022, 26(1): 49-67. DOI: 10.11834/jrs.20221220

摘要：湖泊碳循环是全球碳循环过程中的重要环节，随着全球碳循环研究的不断深入，湖泊碳循环对全球碳循环的影响，以及其对全球气候变化的调节作用越来越受到关注。然而，由于湖泊分布的破碎性（大于0.002 km²的湖泊约有1.17×10⁸个，并零星地分布在全球）和多样性（流域生态多样性，湖泊类型多样性，分布的气候带多样性等），使得全面监测和研究全球湖泊碳循环具有较大的挑战性。具有大面积同步连续观测优势的遥感技术可以克服传统观测方法的局限，可为全球湖泊碳循环研究提供大面积同步观测数据的支撑。同时，由于光谱在物质识别和探测方面的优势，使得遥感技术在有机质类型反演方面与地球化学方法存在结合的可能。本文回顾了目前水环境遥感研究中与湖泊碳循环相关的湖泊不同类型碳浓度、水体理化参数等遥感反演算法及其应用的现状，结合湖泊碳循环中有机碳迁移转化的生物地球化学过程，以及湖泊碳循环研究、遥感大数据和人工智能的发展，探讨了湖泊碳循环研究中遥感技术应用的机遇和挑战。
关键词：湖泊碳循环;遥感;生物地球化学;大数据与人工智能;水环境;温室气体
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发布时间：2022-04-30
浅水湖泊水生植被遥感监测研究进展
罗菊花,杨井志成,段洪涛,陆莉蓉,孙喆,辛逸豪
2022, 26(1): 68-76. DOI: 10.11834/jrs.20221208

摘要：在浅水湖泊中，水生植物具有净化水质、抑制藻类、提供鱼类食物和栖息环境等生态功能，同时，其过度扩张也会加速湖泊淤浅和沼泽化、引起湖泊二次污染等环境负效应。实时动态地掌握湖泊水生植被类群和种群的空间分布及其面积、生物量等指标信息，对湖泊生态修复和评估、水生植被恢复和管理等具有重要现实意义。遥感技术的大面积、实时、动态等特点，为水生植被的现状监测、历史追溯、变化规律揭示等提供了有效手段。本文围绕“水生植被遥感”研究主题，开展了国内外文献调研，梳理了水生植被遥感监测的主要研究内容，并重点阐述了各内容的研究进展和方法等。最后，探讨了水生植被遥感存在的主要问题，并结合当前的遥感大数据发展，对未来水生植被遥感研究重点和发展趋势进行了展望。
关键词：水生植被;沉水植被;遥感分类;生物量;浅水湖泊;湖泊修复
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发布时间：2022-04-30
湖泊营养状态遥感评价及其表征参数反演算法研究进展
周博天,张雅燕,施坤
2022, 26(1): 77-91. DOI: 10.11834/jrs.20221232

摘要：湖泊富营养化由于其可导致藻类水华暴发，引发生态系统灾变和饮用水风险，是中国乃至全球湖泊面临的主要生态环境问题。湖泊营养状态精准、实时、大范围的同步监测是准确掌握湖泊水环境变化特征，开展富营养化成因分析、评价评估、治理修复和管理考核的重要基石。相比地面调查的传统手段，遥感具有快速、大范围、周期性等优点，已经广泛应用于叶绿素、透明度和营养状态等多种湖泊水环境参数监测。通过深入分析近年来大量相关文献，本文系统总结了现有湖泊营养状态遥感估算和评价方法，介绍了表征湖泊营养状态关键参数反演算法的研究进展，最后从遥感大数据视角对湖泊富营养化研究的发展提出了建议与展望。
关键词：湖泊富营养化;营养状态遥感评价;水体参数反演算法;遥感大数据
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发布时间：2022-04-30
中国湖泊分布与变化：全国尺度遥感监测研究进展与新编目
张闻松,宋春桥
2022, 26(1): 92-103. DOI: 10.11834/jrs.20221290

摘要：湖泊提供重要的生产生活用水，在维系生态安全方面发挥显著的价值。中国地理环境复杂多样，湖泊类型各异，不同湖区间的湖泊时空变化特征及驱动机制复杂。两次全国湖泊调查是国家尺度的湖泊变化监测的开创性工作，近年来伴随遥感数据源的海量积累和湖泊遥感提取方法的快速发展，大尺度湖泊水体变化遥感监测研究取得了长足的发展。然而，由于人工判读、湖泊类型判别依据和遥感数据源时相的差异，湖泊水体遥感提取结果及面积估算存在不同程度的出入。首先，本文总结了现有全国尺度湖泊监测研究的遥感数据源、方法和结果，分析了不同研究分析结果差异的可能原因。其次，本文基于1980s—2010s时段Landsat影像制图的湖泊水淹频率数据集的最大水域范围信息，提取并生成了全国湖泊新编目，以其作为该时段内湖泊判定和水体变化监测空间约束的统一参照，避免了因遥感数据时相与年际、年内湖泊水域范围波动对遥感提取结果及湖泊面积计算带来的差异。最后，本文从湖泊水淹范围频度的统计角度，初次提出了可体现湖泊面积年内与年际变化情况的统计指标——概率等效面积，用于监测和指示湖泊水域动态。结果表明，近30年来，中国有3741个最大水域范围大于1 km²的湖泊，总面积约93723 km²，其中青藏高原湖区的湖泊数量约占全国三分之一，总面积超过了全国的一半。全国湖泊总面积呈显著上升趋势，不同湖区的变化趋势差异明显：青藏高原湖区和新疆湖区湖泊面积显著上升，东部平原湖区、内蒙古高原湖区和云贵高原湖区显著下降，东北平原与山地湖区波动式变化、趋势不显著。研究结果总体表明中国湖泊水资源的时空不平衡状况在加剧。
关键词：湖泊遥感;水域面积;遥感监测;中国;全国尺度;全球变化
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发布时间：2022-04-30

湖泊水文

基于卫星雷达测高技术的湖库动态监测理论、方法和研究进展
姜丽光,刘俊,张星星
2022, 26(1): 104-114. DOI: 10.11834/jrs.20221221

摘要：水位是反映水体变化的重要变量，利用卫星测高技术获取湖库的水位信息，很大程度上改变了传统地面观测数据匮乏的现状。本文综述了卫星雷达测高技术在湖泊和水库动态监测方面的理论、主要的数据处理方法和数据产品，以及当前的主要研究进展。从文献检索可以看出，当前的应用研究对象主要聚焦在个别湖泊或小范围内的湖泊群；在数据处理方面，数据以单一测高任务数据为主，并依赖于主流数据库的三级产品，针对一级、二级产品的数据处理方法研究较少；在研究主题方面，主要以湖库水位变化趋势及影响因素分析为主，也有少量研究聚焦在水量估算、流域水文模拟等方向。未来发展新的数据处理方法，如全聚焦SAR技术和干涉宽刈幅数据处理技术等，研发新的测高任务（如测高小卫星星簇计划SMASH、地表水和海洋地形SWOT、以及欧盟的下一代测高任务Sentinel-3 NGT等），来提高中小型湖库的测高数据精度、覆盖范围以及频率，将为测高研究带来新的机遇。
关键词：卫星测高;水位;湖泊和水库;监测;研究综述
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发布时间：2022-04-30
青藏高原湖泊面积、水位与水量变化遥感监测研究进展
张国庆,王蒙蒙,周陶,陈文锋
2022, 26(1): 115-125. DOI: 10.11834/jrs.20221171

摘要：青藏高原湖泊数量多、分布广、所占面积大，是亚洲水塔的重要组成部分，其受到人类活动的干扰较少，是理解高原生态环境变化机理的钥匙。青藏高原湖泊是气候变化敏感的指示器，在全球快速变暖背景下其对气候变化的响应如何？本研究基于多源遥感数据监测结果，系统地总结了青藏高原湖泊（大于1 km²）在过去近50 a（1976年—2018年）的面积、水位与水量变化等方面的研究进展。主要结论如下：（1）青藏高原湖泊总数量从1970s的1080个增加到2018年的1424个（+32%），湖泊总面积从4万km²扩张到5万km²（+25%），湖泊平均水位上升了约4 m，湖泊水储量增加了近1700亿吨；（2）时间上，湖泊面积、水位和水量变化在1970s—1995年略有下降，随后呈快速但非线性增加的态势；空间上，中—北部湖泊面积、水位与水量增长，南部减少；（3）基于多源遥感数据的湖泊水量平衡定量研究揭示了降水增加是湖泊扩张的主要驱动因素，冰川消融贡献次之。气候与冰冻圈控制的湖泊水量平衡的定量评估及湖泊变化驱动机制研究等是目前面临挑战的前沿科学问题。
关键词：湖泊;遥感;面积;水位;水量;青藏高原
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发布时间：2022-04-30
多源卫星测高数据监测拉昂错1992年—2020年水位变化
孙明智,刘新,汪海洪,袁佳佳,李成名,郭金运
2022, 26(1): 126-137. DOI: 10.11834/jrs.20221280

摘要：青藏高原湖泊水位是反映生态环境变化的重要指标，为了使用多源卫星测高数据构建高精度、长时序的湖泊水位时间序列，本文提出了一种基于大气路径延迟校正、波形重定、异常值检测、卫星间偏差调整的高精度湖泊水位序列构建策略。以拉昂错为研究对象，利用本文方法对TOPEX/Poseidon、Jason-1/2/3高度计数据进行处理，构建了拉昂错1992年—2020年的高精度水位时间序列，讨论分析了1992年—2020年湖泊水位、面积和流域内降水、温度、蒸发的关系。结果表明，拉昂错水位在1992年—2020年整体下降约6.00 m，平均变化趋势为-0.21±0.01 m/a，水位变化呈现明显周年性；本文方法构建的湖泊水位序列长、精度高，均方根误差为13.10 cm。
关键词：卫星测高;TOPEX/Poseidon;Jason-1/2/3;拉昂错;湖泊水位;青藏高原
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发布时间：2022-04-30
高分七号卫星激光测高数据大型湖泊水位测量精度评估
李国元,唐新明
2022, 26(1): 138-147. DOI: 10.11834/jrs.20221195

摘要：卫星激光测高数据在湖泊水位测量方面具有重要的应用价值和独特优势，本文针对国产高分七号卫星上装备的线性体制全波形激光测高仪，开展在大型湖泊水位测量方面的应用探讨。介绍了高分七号卫星的基本参数，并与其他类卫星做了对比，分析了影响湖泊水位测量精度的卫星侧摆、大气散射、回波波形饱和等因素，研究了湖泊水面激光点的提取方法，结合ICESat、ICESat-2在青海湖和哈拉湖上的激光点开展了对比分析，并利用RTK-GPS测量方式对呼伦湖冰面激光点进行了实地精度验证。结果表明，高分七号卫星湖面激光点虽然稀疏，但内部一致性较好，其中青海湖面高分七号两波束激光高程标准偏差分别为0.056 m和0.080 m，与ICESat的0.079 m相当；相邻时间在哈拉湖同一湖面的高分七号两个波束与ICESat-2的高程均值相差分别为-5.2 cm和-8.0 cm；经实地测量评价两波束的湖面激光点绝对高程精度分别为：-0.030±0.109 m和-0.195±0.049 m。高分七号激光测高仪测量湖泊水位从精度上是可行的，但还存在激光重频率偏低、观测能力弱等问题。相关结论对于拓展高分七号卫星激光测高数据在大型湖泊水位测量的应用以及后续激光测高卫星的立项论证均具有参考价值。
关键词：高分七号;卫星激光测高;ICESat-2;湖泊水位;精度评估
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发布时间：2022-04-30
无/缺水下地形数据的高原堰塞湖水量遥感估算
朱长明,张新,方晖,王伟胜
2022, 26(1): 148-154. DOI: 10.11834/jrs.20221211

摘要：水量遥感动态监测对于高原堰塞湖风险评估、预报预警和处置决策等具有重要意义。针对高原无资料或缺资料区，充分利用空天遥感技术，文章提出了一种无/缺水下地形数据的高原堰塞湖水量遥感定量估算方法。该方法首先通过遥感水域面积提取，获取堰塞湖淹没空间范围；进而采用不规则复杂多边形中线定位算法，确定堰塞湖中心线位置；然后基于河道中心特定点高程信息，结合局部河道比降估算，生成堰塞湖水下地形河道中线约束因子；再根据河道边坡高程信息和水下地形约束因子自适应拟合出局部堰塞河道的水下未知地形；最后通过三维曲面离散积分实现堰塞湖水量遥感动态定量估算。实验以东帕米尔高原的萨雷兹堰塞湖为研究区，展开遥感水量调查与局部验证研究，结果表明：萨雷兹堰塞湖当前水域面积约为89.09 km²，水量约为162.49亿m³；这一结果与专家预估的水资源量155—165亿m³基本吻合。经局部模拟实验精度对比验证，模拟结果与实际数据动态误差总体控制在10%以内，相关系数达到0.95（P<0.01，双尾），进一步证明了算法的鲁棒性和估算结果的可信度。为无/缺水下地形数据的高原堰塞湖水量遥感估算提供了一种有效的方法，实现了水下地形未知的高原堰塞湖水量遥感快速反演与定量测算。
关键词：堰塞湖;水量估算;水下地形;水文遥感;萨雷兹湖
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发布时间：2022-04-30

湖泊水环境

Sentinel-3 OLCI数据的内陆湖泊有机悬浮物浓度遥感估算
仲苏珂,吕恒,杨子谦,李杨杨,许佳峰,苗松
2022, 26(1): 155-167. DOI: 10.11834/jrs.20221266

摘要：有机悬浮物OSM（Organic Suspended Matter）是湖泊有机碳库的重要组成成分，对研究湖泊生态环境和初级生产力具有重要意义。本研究以太湖、巢湖、滆湖、小兴凯湖、滇池、洪泽湖、呼伦湖和南漪湖8个内陆湖泊为研究区，发展了适合内陆水体的有机悬浮物浓度遥感估算方法。基于B6、B7波段的斜率和B10、B11波段的斜率，首先将水体分为两大类型，即以无机悬浮物占主导的A类水体和以有机悬浮物占主导的B类水体。在此基础上针对不同类型的水体分别建立OSM浓度的遥感估算模型，结果表明，A类水体OSM浓度估算可以利用波段比值B17/B3，B类水体OSM浓度估算可以利用波段比值B11/B10，RMSE为5.38 mg/L，MAPE为28.93%，与传统的非分类OSM估算经验方法相比，本文提出的方法，其估算的精度与分类前相比RMSE降低11.10 mg/L，MAPE降低41.66%。最后，将模型应用到2018-03-23太湖、2018-08-05太湖、2017-09-18巢湖和2017-12-21巢湖的OLCI影像上，结果表明OSM浓度空间分布特征与藻类水华和人类活动密切相关。
关键词：内陆水体;有机悬浮物;OLCI;光学分类;定量估算;经验模型
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发布时间：2022-04-30
资源一号02D高光谱影像内陆水体叶绿素a浓度反演
刘瑶,李俊生,肖晨超,张方方,王胜蕾
2022, 26(1): 168-178. DOI: 10.11834/jrs.20221244

摘要：2019-09-12成功发射的资源一号02D卫星（ZY-1 02D）搭载了新一代可见短波红外高光谱相机AHSI（Advanced Hyperspectral Imager），其丰富的细分波段和较高的空间分辨率在内陆湖库水质监测方面具有较大潜力，但数据可用性有待分析和验证。本研究以中国华东和华北平原的典型富营养湖库（太湖、于桥水库）和中营养湖库（小浪底水库）为研究区，开展基于ZY-1 02D高光谱影像的叶绿素a浓度反演研究。以3个研究区在46个采样点地面测量的叶绿素a浓度和同步获取影像的遥感反射率作为数据源，基于5种典型的叶绿素a半经验模型进行了模型参数优化和叶绿素a反演精度验证。结果表明，基于中心波长为705 nm和671 nm的波段比值模型叶绿素a反演精度最高，模型R²为0.78，平均无偏相对误差（AURE）和均方根误差（RMSE）分别为13.5%和4.5 mg/m³。研究表明，ZY-1 02D高光谱数据在内陆水体叶绿素a浓度高精度反演方面具有重要潜力，但未来需要通过多星组网提升监测能力，以及发展针对于ZY-1 02D水体图像的降噪和大气校正方法。
关键词：ZY-1 02D卫星;高光谱遥感;内陆水体;叶绿素a;湖泊遥感
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发布时间：2022-04-30
多源高分辨率卫星影像监测黑臭水体的适用性研究
王茹,申茜,彭红春,姚月,李俊生,汪明秀,史佳睿,徐雯婷
2022, 26(1): 179-192. DOI: 10.11834/jrs.20220479

摘要：高分辨率卫星的幅宽一般很小，受云雨和轨道回访周期影响，单颗卫星的短时段内覆盖能力有限，因此，单一高分辨率卫星常常无法满足一定时段内的黑臭水体监测需求，需要多源卫星协同监测黑臭水体。为了分析多源高分辨率影像对黑臭水体遥感监测的适用性，本文基于地物光谱仪实测的水体遥感反射率数据，以GeoEye-1、WorldView-2、北京二号（DMC3）、高景一号SV1（SuperView-1）以及GF-PMS系列（GF-1/1B/1C/1D、GF-2、GF-6）传感器波段进行等效计算，结果表明：（1）采用反射率比值模型——BOI（Black and Odorous water Index）模型，GeoEye-1、WorldView-2、SuperView-1和GF-1/1B/1C/1D/2/6影像识别黑臭水体正确率均较高，分别为89.5%、89.5%、92.1%和92.1%。（2）BOI模型不适用于DMC3，这里采用了归一化水体指数NDWI≤0.55判别黑臭水体，识别正确率为89.5%。（3）BOI模型应用于仅有的2景同步卫星影像——GF-2影像，经实测数据验证，识别精度为83.3%，精度较高。针对通州区内的某重叠区，2016年—2021年10颗多源卫星影像协同观测的结果一致性较好，表明了多源遥感影像监测黑臭水体的适用性较好。综合考虑卫星影像空间分辨率和采购成本，给出了合理的协同观测建议。
关键词：遥感;多源高分辨率影像;黑臭水体监测;适用性;BOI
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发布时间：2022-04-30

湖冰遥感

青藏高原纳木错湖冰物候变化遥感监测与模拟
吴艳红,郭立男,范兰馨,文梦宣,迟皓婧,张兵
2022, 26(1): 193-200. DOI: 10.11834/jrs.20221288

摘要：湖冰物候是反映区域气候变化的直观指标。由于青藏高原湖冰物候的地面观测不足，遥感与模拟成为动态监测湖冰物候变化并揭示其变化机理的重要途径。本文以纳木错为例，通过不同遥感方法获取了纳木错2000年—2015年湖冰物候的动态变化。在此基础上，将遥感与物理基础清晰的湖泊过程模型相结合，重建了纳木错1963年—2018年的湖冰物候序列，并分析了近60 a来纳木错湖冰物候的变化规律。研究结果表明，气候变暖影响下，湖冰融化日期显著提前，纳木错湖泊的冰期以6.4 d/（10 a）的速率显著缩短。未来气温升高2 ℃的情景下，湖冰融化日期平均可提前12.4 d。
关键词：湖冰物候;遥感监测;湖泊模型;纳木错;青藏高原
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发布时间：2022-04-30
1979年—2019年兴凯湖湖冰物候变化的被动微波遥感监测
柯长青,蔡宇,肖瑶
2022, 26(1): 201-210. DOI: 10.11834/jrs.20221267

摘要：季节性冻结与消融的湖冰是气候变化的重要指示器。本文以兴凯湖为例，基于1979年—2019年的被动微波遥感数据获取了兴凯湖的冻融日期，用2000年—2019年的中等分辨率成像光谱仪MODIS（Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer）数据进行了验证，并用气候数据分析了湖冰物候变化的原因。结果表明被动微波与MODIS遥感数据在湖冰物候提取方面具有较好的一致性，也即MODIS的验证结果表明用低频被动微波亮度温度数据获取湖冰物候的方法是可行的，结果也是可靠的。平均而言，兴凯湖湖冰每年11-13左右开始冻结，11-23左右完全冻结，湖冰冻结持续时间9.80 d；次年04-23左右湖冰开始消融，04-30左右湖冰完全消融，消融持续时间8.03 d；湖冰完全封冻时间150.50 d，湖冰覆盖时间168.03 d。过去41 a，兴凯湖开始冻结日期没有明显变化，完全冻结日期平均推后了0.19 d/a，开始消融日期和完全消融日期分别提前了0.16 d/a和0.13 d/a，湖泊完全封冻时间和湖冰覆盖时间分别缩短了12.71 d和2.87 d。湖冰冻结日期推后与风速增大密切相关，消融日期提前和湖冰持续时间缩短与气温升高显著相关。
关键词：湖泊遥感;湖冰物候;被动微波遥感;MODIS;气候变化;兴凯湖
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发布时间：2022-04-30

科学仪器

天空光遮挡法水体光谱测量便携版漂浮式光学浮标研发与应用
田礼乔,李森,孙相晗,孙兆华,宋庆君
2022, 26(1): 211-220. DOI: 10.11834/jrs.20221285

摘要：离水辐亮度L_w（Water-leaving radiance）是水色遥感现场观测中的关键物理量之一，由其计算获得的遥感反射率R_rs（Remote sensing reflectance）是水色遥感参数反演的最基本参数。天空光遮挡法SBA（Skylight-blocked approach）可以直接测量水体离水辐亮度，作为一种新兴方法具有较强的推广应用潜力。本文介绍了基于天空光遮挡法的便携版漂浮式光学浮标FOBY-P（the Portable Floating Optical Buoy），其具有浮体自阴影小、布放简便等优势，在中国近海开展的现场观测实验结果表明：（1）FOBY-P结构设计上能在一定程度上避免太阳天顶角较大条件下浮体的自阴影遮挡影响，初步评估结果表明其400—700 nm自阴影影响在浑浊水体<5%，在清洁水体约为1%—3%；（2）在高海况下，传感器倾角随海况增大而变化剧烈，FOBY-P能保证在3—4级海况下观测倾角小于5°的有效观测占比超过50%；（3）通过与基于水面以上法的三通道TriOS RAMSES高光谱辐射计同步观测结果对比，二者一致性较高（r>0.9），在490—565 nm波长范围内R_rs的偏差<5%，差异可能由观测方法不同引起，水面之上法水—气界面校正的不确定性可能是引起部分偏差的重要因素之一。该研究表明便携版漂浮式光学浮标（FOBY-P）可满足近海较高等级海况（3—4级）下的复杂水体现场观测需求，随着针对FOBY-P的数据质量控制与处理方法的不断优化，有望获取更高质量的现场水体光谱观测结果。
关键词：水色遥感;水体光谱;现场测量;天空光遮挡法;便携版漂浮式光学浮标
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发布时间：2022-04-30

数据集论文

2000年—2020年中国大型湖泊月平均透明度遥感监测数据集
刘东,张民,曹志刚,沈明,齐天赐,马金戈,段洪涛
2022, 26(1): 221-230. DOI: 10.11834/jrs.20221260

摘要：湖泊水体透明度是湖泊水环境状况的综合表征，与多种水质参数关系密切，对湖泊水环境监测具有重要意义。本文的目的是介绍一种中国大型湖泊（>20 km²）月平均透明度遥感监测数据集的生成流程、主要特征和应用价值。数据集生产方法是将Liu等（2020）构建的透明度遥感算法应用于GEE（Google Earth Engine）云平台存储的MODIS地表反射率数据。对云、云阴影和陆地等非水体像元，直接利用MODIS反射率数据状态波段所包含的像元状态信息进行快速去除。数据以GeoTiff栅格格式存储，同时保存了像元透明度值和坐标信息，便于各种软件平台读取。结果显示：数据集覆盖了全国不同湖区的412个大型湖泊，中国湖泊透明度整体上呈现出“东低西高”空间分布，湖泊透明度季节变异呈现“夏高冬低”和“夏低冬高”两种典型类型。研究表明：基于GEE可以实现中国大型湖泊月份平均透明度的快速计算与制图，月尺度透明度对高动态湖泊水环境监测具有突出优势。中国湖泊透明度数据集不仅可以应用于不同湖区、不同湖泊透明度/清澈度的时空变异研究，还可应用于可持续发展目标下的湖泊水环境评估与预测，该数据集的公开共享对中国湖泊水环境研究发展具有重要意义。
关键词：遥感大数据与数据集;中国;湖泊;水体透明度;遥感;MODIS
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发布时间：2022-04-30
2002年—2018年太湖水体溶解二氧化碳浓度卫星遥感数据集
齐天赐,段洪涛,曹志刚,沈明,肖启涛,刘东,马金戈
2022, 26(1): 231-242. DOI: 10.11834/jrs.20221279

摘要：湖泊在全球碳循环中发挥着重要作用，而湖泊中溶解CO₂浓度（ $c_{C O_{2}}$ ）控制着其CO₂通量的方向及大小，是湖泊CO₂排放估算的关键参数。中国第三大淡水湖——太湖虽然具有长期的野外监测数据，但其样点分布在空间和时间上并不均匀，很可能给其CO₂排放的估算带来不确定性和偏差。有必要利用更高频率和覆盖范围地遥感手段来弥补野外监测在时空代表性上的不足。本文基于MODIS/Aqua数据反演的叶绿素a浓度、表层水温、漫衰减系数及光合有效辐射产品，通过二次多项式经验模型对太湖藻型湖区表层水体 $c_{C O_{2}}$ 进行逐像元的估算。并对结果进行数据质量控制和统计平均得到2002-07—2018-12长时序月平均 $c_{C O_{2}}$ 数据集。数据集由GeoTiff格式储存，使用GCS_WGS_1984地理坐标系，共包含198个文件。产品估算精度验证结果显示，星地同步像元-样点的遥感估算结果与野外数据的偏差在总体上较小（均方根误差RMSE=12.83 μmol·L^-1，无偏百分比偏差UPD=24.03%）。同时遥感与野外数据估算的年均值在太湖各个湖区表现出很好的一致性（RMSE<13.24 μmol·L^-1，UPD<25.82%），证明数据的可信度。产品的不确定性评估结果显示，在所有输入变量的随机误差影响下，月均 $c_{C O_{2}}$ 产品最大可能高估约30%。基于本数据集数据统计得到的结果显示，太湖 $c_{C O_{2}}$ 表现出明显的季节变化，冬春高夏秋低，西部高东部低；且太湖年平均 $c_{C O_{2}}$ 在数据集覆盖时间段内表现出显著下降趋势（0.80 μmol·L^-1·a^-1）。本数据集（下载方式：https：//doi.org/10.5281/zenodo.4729048［2021-05-18］）月平均时间尺度同常规生态环境监测对应，便于分析对比，并且提供了空间分异信息，能够辅助研究深入理解太湖 $c_{C O_{2}}$ 乃至碳循环过程的时空变化规律，值得推广使用。
关键词：湖泊遥感;MODIS;太湖;二氧化碳;碳排放;湖泊碳循环;数据集
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发布时间：2022-04-30

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