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第一部分 概述与基本原理3

1 概论3

1.1 引言3

1.2 遥感的定义3

1.3 遥感数据的本质4

1.4 卫星系统5

1.4.1 遥感平台6

1.4.2 遥感传感器9

1.4.3 空间分辨率10

1.4.4 时间分辨率11

1.5 遥感与水文学11

1.6 本书的结构12

2 遥感的物理原理和技术要点14

2.1 引言14

2.2 电磁光谱和辐射率14

2.3 大气传播18

2.4 自然介质的反射和发射特性22

2.5 传感器原理26

2.6 现在和未来的地球观测任务概述31

3 遥感数据处理：硬件和软件准备34

3.1 图像处理系统的特点34

3.1.1 中央处理器（CPU）：个人电脑、工作站和大型机34

3.1.2 系统分析员人数及操作方式35

3.1.3 串行与并行图像处理、算术协处理器和随机存取存储器（RAM）37

3.1.4 操作系统和软件编译器37

3.1.5 大容量存储39

3.1.6 屏幕显示分辨率41

3.1.7 屏幕颜色分辨率41

3.1.8 图像扫描（数字化）思考42

3.2 图像处理和GIS软件应用43

3.2.1 预处理44

3.2.3 遥感信息提取45

3.2.2 显示和加强45

3.2.4 摄影测量的信息提取46

3.2.5 元数据和图像／地图系列文档46

3.2.6 图像和地图的制图成分49

3.2.7 地理信息系统（GIS）49

3.2.8 应用49

3.3 经济实用的数字图像处理系统50

3.4 小结50

4 遥感信息数据与地理信息系统的集成57

4.1 引言57

4.2 一般方法59

4.2.1 栅格和矢量数据结构59

4.2.2 现有集成方法61

4.2.3 与地理数据处理过程相关的误差63

4.3.1 流域数据库的开发64

4.3.2 高程数据的集成使用64

4.3 当前的应用64

4.3.3 土地利用／土地覆盖类型变化监测65

4.3.4 流域径流量建模66

4.3.5 水质监测与建模68

4.3.6 土壤侵蚀监测68

4.4 展望69

5 水文建模中的遥感77

5.1 引言77

第二部分 遥感在水文监测和建模中的应用77

5.2 实际水文模型中遥感的应用78

5.3 耦合水—能量平衡模型中的遥感82

5.4 遥感方法83

5.4.1 太阳辐射84

5.4.2 下降长波84

5.4.3 降水85

5.4.4 气温85

5.4.5 表面空气湿度86

5.5 模型实例：红河—Arkansas流域87

5.6 发展方向88

6 降水103

6.1 引言103

6.2 一般方法104

6.2.1 地面雷达104

6.2.2 可见光和红外线卫星数据的使用105

6.2.3 无源微波卫星数据的使用106

6.2.4 航天雷达106

6.3 当前技术107

6.3.1 降雨的单偏振雷达测量107

6.3.2 降雪和雹的测量110

6.3.3 多参数雷达111

6.3.4 降雨量估计的卫星云指数和生活史方法112

6.3.5 双光谱技术114

6.3.6 空间降雨的无源微波估计115

6.3.7 采样误差116

6.4.1 当前的性能标准118

6.4 改进的潜力118

6.4.2 展望119

7 土地利用和流域特征125

7.1 引言125

7.2 用遥感绘制土地覆盖类型地图126

7.3 植被指数127

7.3.1 简单植被指数128

7.3.2 归一化植被指数（NDVI）129

7.3.4 多时相植被指数131

7.3.3 精确的估计131

7.4 专题分类132

7.4.1 图像分类方法133

7.4.2 最大似然分类136

7.4.3 讨论137

7.4.4 概率估计的精确化138

7.4.5 分割140

7.4.6 巴西Pantanal地区的范例研究140

7.5 雷达142

8 蒸发148

8.1 引言148

8.1.1 概述148

8.1.2 地面蒸发的遥感测量149

8.2 蒸发和辐射测量的变量150

8.2.1 潜在蒸发150

8.2.2 实际蒸发152

8.3 土地蒸发的遥感测量：应用和模拟方法154

8.3.1 概论154

8.3.2 蒸发和地表温度的线性关系［1］156

8.3.3 改进的线性关系［2］157

8.3.4 蒸发、地表温度和光谱指数的关系［3］157

8.3.5 土壤—植被—大气输送（SVAT）模型［4］158

8.3.6 集成SVAT和行星边界层（PBL）模型［5］159

8.4 当前趋势：改进的观测和参数化方法160

8.4.1 局部最大蒸发量和地表温度［6］160

8.4.2 改进的地表变量观测［7］163

8.5 空间可变性165

8.6 精度166

8.7 应用167

8.8 目前及未来的观测168

8.9 概要和总结169

9 土壤含水量187

9.1 引言187

9.2 一般方法188

9.3 传感器—目标相互作用191

9.4 水文实例197

9.5 未来微波遥感在土壤含水量测量中的应用200

10 地表水的遥感分析206

10.1 引言206

10.2 地表水探测207

10.3 湖泊和水库面积的估测209

10.4 湿地211

10.5 湖泊水位213

10.6 河流水位和流量216

10.7 洪水范围218

10.8 结论222

11 积雪和冰228

11.1 积雪和冰的作用228

11.2 一般方法229

11.2.1 Gamma射线229

11.2.2 可见光图像231

11.2.3 热红外232

11.2.4 有源和无源微波233

11.2.5 相关应用236

11.3 当前的应用237

11.3.1 NOHRSC（美国国家应用水文遥感中心）积雪覆盖和雪水当量的测量237

11.3.2 加拿大草原雪水当量制图238

11.3.3 融雪径流的预报计算240

11.4.3 雷达应用的前景243

11.4.2 改进的无源微波算法243

11.4.1 提高无源微波的分辨率243

11.4 未来的方向243

11.4.4 各种数据类型的综合244

12 土壤侵蚀261

12.1 引言261

12.2 遥感使用基础263

12.3 应用264

12.4 实例研究266

12.4.1 图像解译／摄影测量266

12.4.2 模型／GIS输入268

12.4.3 光谱特性269

12.4.4 地形测量271

12.5 未来发展趋势272

13 水质278

13.1 引言278

13.2 遥感的应用基础279

13.3 应用280

13.4.1 悬浮泥沙281

13.4 实例研究281

13.4.2 叶绿素284

13.4.3 温度286

13.4.4 油288

13.5 未来的发展趋势289

14 地下水295

14.1 引言295

14.2.1 三维水文状况296

14.2 水文地质的概念化296

14.2.2 地下水水面298

14.2.3 水流系统300

14.3 水量平衡301

14.3.1 地下水灌溉方案302

14.3.2 补给303

14.4 坚硬岩石地形和线性构造308

14.6 总结与展望310

14.5 地下水管理与结论310

第三部分 遥感数据辅助下的水管理319

15 遥感在水管理中的应用319

15.1 引言319

15.2 水管理中遥感应用潜力319

15.2.1 观测和制图319

15.2.2 空间分析和分区321

15.2.3 监测与预报322

15.3 遥感支持下的流域规划323

15.3.1 引言323

15.3.2 水文监测和预测323

15.3.3 流域中的上下游关系324

15.4 遥感辅助下的流域管理325

15.4.1 引言325

15.4.2 水文图像解译在流域管理中的应用327

15.5.2 在遥感技术辅助下的径流收集研究328

15.5.1 引言328

15.5 小范围水资源开发和遥感328

15.5.3 洪水的延伸和地下水的补给329

15.6 灌溉水管理和遥感329

15.7 水管理的决策支持系统330

15.7.1 引言330

15.7.2 专家系统和决策支持系统331

16 洪水预报和控制345

16.1 引言345

16.2 一般方法346

16.2.1 模型方法346

16.2.2 遥感数据的种类和要求346

16.2.3 从遥感数据中得到水文气象信息348

16.2.4 地区降雨到径流水位图实时预报的转换349

16.3 基于遥感数据的洪水预报辅助下的实时洪水控制范例351

16.3.1 基本原理351

16.3.3 定量的降雨量预报352

16.3.2 雷达降雨量测量应用于Günz河流域352

16.3.4 降雨—径流模型在洪水预报中的应用354

16.3.5 基于洪水水文预报图的水库最优操作355

16.4 城市环境下的洪水预报和控制356

16.5 展望359

17 灌溉和排水362

17.1 引言362

17.1.1 现有的非遥感方法及其局限性363

17.1.2 遥感在灌溉和排水中的应用回顾364

17.2 一般方法365

17.2.1 应用与可观测性对比及算法365

17.2.2 理论和概念性的方法365

17.2.3 应用举例369

17.3 当前的应用371

17.3.1 一般应用371

17.3.2 高分辨率的灌溉土地制图371

17.3.4 农作物缺水——红外线373

17.3.3 农作物需水量——可见光和近红外线373

17.3.5 流域水文374

17.3.6 盐碱地的发现375

17.3.7 灌溉管理375

17.4 目前和未来的观测376

17.5 未来方向和潜力377

18 无计量河流流域水利工程设计的水文数据计算385

18.1 引言385

18.2 一般方法386

18.2.1 模块1：卫星系统，数据处理387

18.2.2 模块2：以多时相卫星图像为基础估计每月地区降水389

18.2.3 模块3：径流量的估计391

18.3 应用392

18.3.1 研究区域和所用数据392

18.3.2 多时相B2-Meteosat卫星图像辅助下地区月降水量估计392

18.3.3 降雨—径流模型394

18.4 进一步应用395

18.5 总结与讨论396

19 土地覆盖变化趋势检测及对水管理的影响400

19.1 引言400

19.2 水文模型和土地覆盖变化402

19.3 研究实例：西欧Sauer河流域土地利用变化的遥感检测404

19.4 总结412

20 展望425

20.1 引言425

第四部分 展 望425

20.2 水文研究与建模现状426

20.3 水管理428

20.4 水文学和水资源管理中的数据问题429

20.5 攻坚计划430

20.6 已有的传感器和平台432

20.7 计划中和已提出的传感器和平台433

20.8 遥感和水文学的未来需要434

缩略语表449