水体COD光谱特性分析及遥感反演模型构建

作者：陈瑶; 黄长平^*; 张立福; 乔娜

来源：光谱学与光谱分析, 2020, 40(03): 824-830.

• COD
• 光谱特征分析
• 高光谱遥感
• 遥感建模

有机污染物是水体污染的主要来源,水体有机污染程度可通过化学需氧量(COD)指标综合表示。与传统复杂专业的化学检测手段相比,遥感技术因具有快速、实时、非接触、大面积等独特优势而广泛用于水体水质监测,包括叶绿素、悬浮物和黄色物质等生色参数的定量反演。然而目前对于水体COD这一重要水质参数的遥感反演报道不足,这主要是因为影响COD浓度的有机污染物复杂多变、光谱响应机理尚不明晰。通过测量实验室配比的不同浓度COD标准液及野外实际水体的可见-短波红外反射光谱(350～2 500 nm),分析了水体COD的光谱响应特性。研究发现,随着COD浓度增加,水体反射光谱在可见-短波红外范围内整体逐步上升,但在540～580和1 000～1 060 nm波段范围内光谱响应快速增强,表现出—OH伸缩振动的三级倍频和—CH伸缩振动与变形振动的合频吸收特征。利用上述敏感谱段与全谱段分别对实验室COD标准液和野外实际水体建立偏最小二乘(PLS)回归模型,其中, COD标准液模型反演精度:(1)敏感谱段,R2=0.972, RMSE=39.629 mg·L-1;(2)全谱段,R2=0.961, RMSE=46.639mg·L-1;实际水体模型反演精度:(1)敏感谱段,R2=0.798, RMSE=32.037 mg·L-1;(2)全谱段,R2=0.658, RMSE=48.332 mg·L-1。结果表明,不管是COD标准液还是实际水体,基于敏感谱段的COD反演模型精度均优于基于全谱段的反演模型。研究可为水体COD遥感反演提供重要的理论与技术支撑。

• 单位
  中国科学院遥感与数字地球研究所; 中国科学院大学