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水温是水环境中最重要的影响因子之一,滇池自上世纪90年代以来水质日趋恶化,湖泊严重富营养化,滇池面临着水环境污染与水资源短缺的双重困境。研究湖水水温的时空分布对于湖水水质监测具有重要意义。
从技术手段上来讲,随着航天遥感技术前所未有的快速发展,遥感数据的时间、空间及光谱分辨率不断提高,遥感技术在湖水生态环境动态监测的应用领域不断扩大,其宏观、快捷、客观、经济的优势得以有效发挥。毫无疑问,利用遥感技术手段来探测大范围面积上的湖水温度有着极其广阔的前景。从数据源上来讲,长久以来国内外一直利用NOAA气象卫星资料从事海面温度的遥感监测,现在随着更优越的新一代传感器MODIS的升空,MODIS数据成为NOAA-AVHRR数据的换代产品,将最新的MODIS数据用于湖水水温水质的监测是当前本领域的研究热点。
本文的研究便是基于MODIS数据反演滇池水体表层温度并进行水温的时空变化分析并讨论水温变化与蓝藻的生长响应,主要内容为:
(1)利用分裂窗算法反演2005年2月~12月以及2006年3月~10月这段时期的滇池水体表层温度,该方法已经被用来生产我国MODIS地表温度产品,其适应性强,反演精度优良,并且具有快速有效的完成每天的地表温度产品生产的应用优势。该方法的精度和可操作性方面的优越性以及MODIS数据较高的时间分辨率,最终决定了本文进行水温时空变化监测方法的优越性。计算过程大体包括亮度温度的计算,比辐射率和大气透过率的计算。
(2)合成了滇池水体表层温度的旬数据和月数据,运用统计方法对滇池每年内的旬、月温度进行时间序列分析并结合影响水温变化的重要因子--气温来进行分析。以2005年2月~2005年11月的滇池表层水温月合成数据影像图为例并通过提取4个月的表层水温等温线图来分析水体温度的水平分布状况,同时分析了影响水温时空分布的自然因素和人为因素。研究表明,滇池水体表层温度从2月开始逐渐升高,在4、5月间有一个显著的增温过程,在7月温度达到最高值后逐渐下降。水体温度与气温值相对高低因为热容量、太阳辐射、降水量等因素而呈现规律性变化。水体表层温度因为盛行风向、水深差异、电厂温排水等自然或非自然因素,呈现出北部温度常年高于南部;东部高于西部;湖岸高于湖心等特征。
(3)结合蓝藻时空分布的文献资料进行分析,初步总结出水温时空变化与蓝藻生长间的响应关系,随着5月份湖水温度值出现明显升高,湖区蓝藻出现明显的增长趋势;到7、8月蓝藻数量达到最大值,水温值在同期最高;8月之后随着水温的逐渐降低蓝藻数量也出现下降趋势。但对于更高的温度是否能抑制蓝藻生长,本研究不能得出相关结论。蓝藻在水平空间上的分布也明显呈现出与温度分布间的对应关系,湖区北部高于南部,湖岸高于湖心,其中最容易产生蓝藻富集的水域是演池的东北部。