Teledetekcja wody

Water Remote Sensing to obserwacja zbiorników wodnych, takich jak jeziora , oceany i rzeki z odległości, w celu opisania ich koloru, stanu zdrowia ekosystemu i produktywności. Teledetekcja wody bada kolor wody poprzez obserwację widma wody opuszczającej blask. Na podstawie widma koloru pochodzącego z wody stężenie optycznie czynnych składników górnej warstwy zbiornika wodnego można oszacować za pomocą specjalnych algorytmów . Monitoring jakości wody wg Teledetekcja i instrumenty bliskiego zasięgu zyskały znaczną uwagę od czasu ustanowienia Ramowej Dyrektywy Wodnej UE.

Ścieżka pokonywana przez światło słoneczne przez zbiornik wodny do czujnika teledetekcyjnego

Przegląd

Przyrządy do teledetekcji wody (czujniki) pozwalają naukowcom rejestrować kolor zbiornika wodnego, co dostarcza informacji o obecności i obfitości optycznie czynnych naturalnych składników wody (planktonu, osadów, detrytusu lub substancji rozpuszczonych). Widmo koloru wody widziane przez czujnik satelitarny jest definiowane jako pozorna właściwość optyczna (AOP) wody. Oznacza to, że na kolor wody ma wpływ rozkład kątowy pola świetlnego oraz rodzaj i ilość substancji w ośrodku, w tym przypadku wodzie. Zatem wartości współczynnika odbicia teledetekcji, AOP, będą się zmieniać wraz ze zmianami właściwości optycznych i stężeniami substancji optycznie czynnych w wodzie. Właściwości i stężenia substancji w wodzie są znane jako nieodłączne właściwości optyczne lub IOP. IOPs są niezależne od kątowego rozkładu światła („pole światła”), ale są zależą od rodzaju i ilości substancji obecnych w wodzie. Na przykład współczynnik tłumienia rozproszonego promieniowania spływowego Kd ₍ często używany jako wskaźnik przejrzystości wody lub zmętnienia oceanu ) jest definiowany jako AOP (lub quasi-AOP), podczas gdy współczynnik absorpcji i rozpraszanie współczynnik wody określa się jako IOP. Istnieją dwa różne podejścia do określania stężenia optycznie czynnych składników wody poprzez badanie widm, rozkładów energii świetlnej w zakresie długości fal lub kolorów. Pierwsze podejście składa się z algorytmów empirycznych opartych na zależnościach statystycznych. Drugie podejście składa się z algorytmów analitycznych opartych na inwersji skalibrowanych modeli biooptycznych. Dokładna kalibracja zastosowanych zależności i/lub modeli jest ważnym warunkiem udanej inwersji technik teledetekcyjnych wody i określenia stężenia parametrów jakości wody z obserwowanych danych spektralnych teledetekcyjnych. Zatem techniki te zależą od ich zdolności do rejestrowania tych zmian w sygnaturze widmowej światła rozproszonego wstecz z powierzchni wody i powiązania tych zarejestrowanych zmian z parametrami jakości wody za pomocą metod empirycznych lub analitycznych. W zależności od interesujących składników wody i zastosowanego czujnika, analizowane będą różne części widma.

Historia

Od czasów Henry'ego Hudsona (1600) do czasów Chandrasekhara Ramana (1930) naszkicowano stopniowy rozwój zrozumienia przezroczystości wód naturalnych oraz przyczyny ich zmienności przejrzystości i zabarwienia. Jednak rozwój technik teledetekcji wody (za pomocą obrazowania satelitarnego, samolotów lub urządzeń optycznych bliskiego zasięgu) rozpoczął się dopiero na początku lat 70. XX wieku. Te pierwsze techniki mierzyły widmo oraz różnice termiczne w emitowanej energii z powierzchni wody. Ogólnie ustalono zależności empiryczne między właściwościami spektralnymi a parametrami jakości wody w zbiorniku. W 1974 Ritchie i in. (1974) opracowali empiryczne podejście do oznaczania zawieszonych osadów. Tego rodzaju modele empiryczne są w stanie wykorzystać jedynie do określenia parametrów jakościowych wód jednolitych części wód o podobnych warunkach. W 1992 roku Schiebe i in. zastosowali podejście analityczne. (1992). Podejście to oparto na charakterystyce optycznej wody i parametrach jakości wody w celu opracowania opartego na fizyce modelu zależności między właściwościami spektralnymi i fizycznymi badanych wód powierzchniowych. Ten oparty na fizyce model został z powodzeniem zastosowany do oszacowania stężeń zawieszonych osadów.

Aplikacje

Przykład widma absorpcji specyficznej fitoplanktonu. Na tym wykresie widać charakterystyczne niebieskie i czerwone piki Ch-a przy 438 nm i 676 nm. Innym widocznym pikiem jest maksimum absorpcji cyjanofikocjaniny przy 624 nm.

Za pomocą urządzeń optycznych bliskiego zasięgu (np. spektrometrów , radiometrów ), samolotów lub helikopterów (teledetekcja powietrzna) i satelitów (teledetekcja przenoszona w przestrzeni kosmicznej) mierzona jest energia świetlna promieniująca z akwenów wodnych. Na przykład algorytmy są wykorzystywane do pobierania parametrów, takich jak chlorofilu-a (Chl-a) i zawieszonych cząstek stałych (SPM), absorpcja przez barwną rozpuszczoną materię organiczną przy 440 nm (aCDOM) i głębokość Secchiego . Pomiar tych wartości da wyobrażenie o jakości wody w badanej części wód. Bardzo wysokie stężenie zielonych pigmentów, takich jak chlorofil, może wskazywać na obecność zakwitu glonów, na przykład w wyniku procesów eutrofizacji. W związku z tym stężenie chlorofilu można wykorzystać jako wskaźnik zastępczy lub wskaźnik stanu troficznego jednolitej części wód. W ten sam sposób inne optyczne parametry jakości, takie jak cząstki zawieszone lub zawieszone cząstki stałe (SPM), kolorowa rozpuszczona materia organiczna (CDOM), przezroczystość (Kd) i chlorofil-a (Chl-a) mogą być wykorzystywane do monitorowania jakości wody .

Zobacz też

Linki zewnętrzne