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湖泊作為地球上重要淡水生境，對(duì)流域內(nèi)陸區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、生態(tài)以及物種多樣性的保護(hù)等方面有著十分重要的作用^[1]，但是其作用的成功發(fā)揮很大程度上與湖泊水質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)化程度緊密相關(guān)。湖泊水體透明度是指湖水能使光線自然透過的程度，可以直觀反映湖水清澈和混濁情況，是衡量湖泊水質(zhì)、評(píng)價(jià)湖泊營(yíng)養(yǎng)狀況的一個(gè)重要指標(biāo)，同時(shí)，湖泊水體透明度與湖水真光層深度、水體光學(xué)衰減系數(shù)以及水體漫射衰減系數(shù)之間有著密切的關(guān)系^[2]，一定程度上可以表征水體內(nèi)有機(jī)物、無機(jī)物的富集情況，因而湖泊水體透明度的變化會(huì)顯著影響湖泊水環(huán)境及湖泊水體光學(xué)參數(shù)的變化，對(duì)于維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要的作用。

水體透明度一般采用塞氏盤(secchi disk depth, SDD)深度測(cè)量法，即塞氏盤在水平狀態(tài)下沉入水中的最大能見深度。由于自然和人為因素的影響，這種方法獲得的觀測(cè)值必然會(huì)存在一定的誤差，而且這種方法在大面積的透明度動(dòng)態(tài)重復(fù)性測(cè)量中較難完成，因此不能有效的反映SDD的時(shí)空變化。遙感技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大區(qū)域湖泊水體透明度的快速重復(fù)性監(jiān)測(cè)，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法的固有缺陷，因而各種衛(wèi)星遙感逐漸成為水質(zhì)監(jiān)測(cè)的重要工具。

利用Landsat系列衛(wèi)星搭載的TM、ETM+和OLI傳感器的反射率數(shù)據(jù)進(jìn)行湖水透明度的遙感反演已被證明可以應(yīng)用于內(nèi)陸二類水體透明度的監(jiān)測(cè)。文獻(xiàn)[3]通過相關(guān)分析矩陣等統(tǒng)計(jì)分析方法，利用 Landsat TM1、TM1/TM3波段反射率作為構(gòu)建透明度反演模型的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)美國(guó)典型湖泊透明度的預(yù)測(cè)；文獻(xiàn)[4]利用Landsat5 TM1、TM3、Landsat7 ETM+影像數(shù)據(jù)成功建立了1990—2010年間緬因州湖泊透明度反演模型；文獻(xiàn)[5]曾利用TM1/TM2的反射率研究了美國(guó)威斯康星州約7000個(gè)湖泊透明度的時(shí)間和空間變化；文獻(xiàn)[6]通過分析滇池水體透明度與TM傳感器各波段反射率的相關(guān)性，建立了利用TM4反演的指數(shù)模型；文獻(xiàn)[7]使用TM影像以及實(shí)測(cè)透明度數(shù)據(jù)，建立了TM1、TM3波段的自然對(duì)數(shù)與透明度自然對(duì)數(shù)的線性模型；文獻(xiàn)[8]通過對(duì)TM1至TM4波段及其波段組合的反射率與透明度數(shù)據(jù)之間的回歸分析，選取最優(yōu)波段之間比值，成功實(shí)現(xiàn)對(duì)查干湖和新廟湖流域內(nèi)的湖泊透明度進(jìn)行遙感估算。東平湖是山東省“西水東送”工程的水源地，而關(guān)于東平湖水質(zhì)遙感反演的研究仍處于起步階段，對(duì)于其水體透明度的遙感反演研究可以實(shí)現(xiàn)對(duì)東平湖水質(zhì)的快速監(jiān)測(cè)與治理，對(duì)其受水區(qū)的用水安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

東平湖位于山東省泰安市的西部，介于東經(jīng)116°00′～116°30′、北緯35°30′～36°20′之間，總面積約627 km²，多年來平均水深2.50 m，是黃河下游唯一遺存的有較大水域面積的湖泊，同時(shí)也是山東省第二大淡水湖泊。隨著流域內(nèi)人口數(shù)量的激增和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的爆炸性擴(kuò)張，加之近年來對(duì)東平湖水資源的不合理開發(fā)和利用，致使東平湖水質(zhì)狀況逐漸惡化，營(yíng)養(yǎng)狀況已經(jīng)達(dá)到中富-富營(yíng)養(yǎng)化水平^[9]。鑒于東平湖在跨流域調(diào)水工程中的重要地位，其水質(zhì)安全問題已不容忽視，而透明度作為東平湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)的重要參數(shù)之一，對(duì)其進(jìn)行遙感反演監(jiān)測(cè)可以為今后東平湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)和治理提供有力的監(jiān)測(cè)依據(jù)。

東平湖采樣點(diǎn)分布示意圖

本研究采用2013年8月16日，2013年12月1日和2014年3月21日的3景Landsat8 OLI遙感影像，通過查證中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)發(fā)布的研究區(qū)附近氣象站點(diǎn)降雨量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)泰安市東平縣周邊在采樣時(shí)間與遙感成像時(shí)間內(nèi)沒有明顯降雨，水體透明度相對(duì)穩(wěn)定，可以認(rèn)為在該時(shí)間段內(nèi)東平湖水體透明度沒有受到較大影響。文獻(xiàn)[10]指出在水體沒有受到較大擾動(dòng)的前提下，實(shí)地采樣與影像成像之間的時(shí)間窗口可以適當(dāng)延長(zhǎng)至7 d，不會(huì)影響反演的結(jié)果精度。

本研究使用的三幅影像質(zhì)量較好且覆蓋本研究區(qū)，此外地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)采集時(shí)間與成像時(shí)間大致同步?；?/span>ENVI5.3軟件，對(duì)全部影像作如下預(yù)處理：(1)采用一幅已經(jīng)經(jīng)過精校正的TM影像作為底圖，對(duì)遙感圖像進(jìn)行幾何精校正，RMS控制在0.5個(gè)像元之內(nèi)，圖像重采樣采用最鄰近點(diǎn)法，投影選擇UTM投影；(2) 采用ENVI 5.3提供的專門模塊Landsat Calibration進(jìn)行輻射校正；(3) 考慮到FLAASH大氣校正模型是目前使用效果最好的大氣校正工具之一，對(duì)于地物波譜信息可以高保真的恢復(fù)，簡(jiǎn)潔快速的獲取地物比較準(zhǔn)確的物理模型參數(shù)^[11-12]。故本研究采用FLAASH輻射傳輸模型對(duì)OLI影像數(shù)據(jù)進(jìn)行大氣校正；(4)對(duì)校正后的影像裁剪出研究區(qū)；(5)利用ENVI中改進(jìn)的歸一化水體指數(shù)(MNDWI)對(duì)裁剪后的影像進(jìn)行水域提取，制作東平湖水域掩膜層；(6)使用提取的掩膜層對(duì)影像進(jìn)行掩膜，分別提取三期東平湖全部水域。

東平湖豐、平、枯水期透明度分布圖  

東平湖作為典型的內(nèi)陸二類水體，湖泊水體光學(xué)成分復(fù)雜，在利用Landsat8 OLI影像對(duì)其進(jìn)行初步的遙感反演研究中，發(fā)現(xiàn)OLI影像基本滿足東平湖水體透明的反演要求，得出的成果如下。

1) 利用Landsat8 OLI影像數(shù)據(jù)進(jìn)行東平湖水體透明度的遙感估測(cè)，可以獲得較高的反演精度，通過驗(yàn)證點(diǎn)的精度評(píng)價(jià)表明：模擬值與實(shí)測(cè)值之間的總體相對(duì)誤差為19.77%，均方根誤差為19.35cm。

2) 在Landsat8 OLI數(shù)據(jù)的7個(gè)波段中，可見光波段與透明度具有較高的相關(guān)性，第3與4波段相加所建立的對(duì)數(shù)模型可用于東平湖水體透明度的遙感反演。

3) 東平湖水體透明度整體上呈南低北高的分布特征。

4) 東平湖水體透明度與Chla、a_CDOM(440)具有良好的相關(guān)性，是否可以利用測(cè)定簡(jiǎn)便的透明度數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)東平湖Chla以及a_CDOM(440)的變動(dòng)還需要更加細(xì)致的研究加以證實(shí)。