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摘 要： 摘要：利用歸一化差分積雪指數(shù)得到了污染物濃度的線性模型，并利用此模型建立了研究區(qū)的積雪污染物濃度空間分布專題地圖，得到了污染物濃度的空間分布特征，以此推測不同區(qū)域的污染物來源和成分。 關鍵詞：污雪 NDSI 遙感技術 一、引言 近年來冰雪遙感監(jiān)測技
摘要：利用歸一化差分積雪指數(shù)得到了污染物濃度的線性模型，并利用此模型建立了研究區(qū)的積雪污染物濃度空間分布專題地圖，得到了污染物濃度的空間分布特征，以此推測不同區(qū)域的污染物來源和成分。
關鍵詞：污雪 NDSI 遙感技術
一、引言
近年來冰雪遙感監(jiān)測技術的研究系統(tǒng)產(chǎn)生了較多的改進，在原有的分類基礎上，出現(xiàn)了越來越多的分支技術。測深、測高等技術使冰雪的遙感監(jiān)測從單純的平面畫面升級為3D立體的模型建設。除此之外針對冰雪內(nèi)在屬性的重力，反照率，吸光物質分布監(jiān)測技術和方法從無到有，并取得了較大進展。各種規(guī)格樣的數(shù)據(jù)和工具產(chǎn)品快速發(fā)展并廣泛應用于科技發(fā)展和生產(chǎn)生活。
黑龍江省擁有豐富的冰雪資源，廣泛應用于農(nóng)林防護，旅游運動等領域。冰雪資源的重要性不言而喻，大量積雪長期存在就難以避免的存在大量污染物，而且積雪融化的長時間性，融水的不可控性，使得污染物更加難以處理。另外，冰雪的組成物質主要是固態(tài)水，液態(tài)水及部分空氣，在遙感波段的反射性較高，其中由于冬季燃煤取暖，積雪中的炭灰，塵土，有機化合物之類的污染物較多，這些污染物反射率低于積雪表面時，就會吸熱，造成冰雪融化速度加快，縮短積雪在地表存留時間。有研究表明，黑碳引起冰雪表面反照率變化導致的地表增溫效果約占工業(yè)革命以來全球變暖的四分之一[1]，因此，基于遙感技術的冰雪污染物分布鑒定，從而進行針對性監(jiān)測的研究格外重要。針對冰雪中的部分吸光性污染物進行遙感動態(tài)監(jiān)測，運用線性光譜混合模型將污雪的光譜特性可見化，將對污雪的針對性處理有益。
二、數(shù)據(jù)和方法
1.數(shù)據(jù)
(1)試驗區(qū)選取
試驗區(qū)選擇了黑龍江省哈爾濱市南崗區(qū)(圖2.1)，南崗區(qū)是哈爾濱市中心城區(qū)，處東經(jīng)126°45′~126°43′，北緯45°30′~45°40′，東與道外區(qū)毗連，南鄰香坊區(qū)，北以哈長、濱北鐵路線與道里、道外兩區(qū)分界，西南部隔運糧河與雙城市相望，總面積182.8平方公里，其中城區(qū)面積60平方千米。南崗區(qū)的區(qū)域分布有利于本研究的進行，城市居民地面積和農(nóng)業(yè)用地面積都較大且邊界較簡單清晰，便于直接觀察吸光性污染物的空間分布特征。南崗區(qū)屬中溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫3.5℃，1月氣溫最低，月平均零下19.4℃，7月氣溫最高，月平均22.8℃，無霜期139天，結冰期190天左右。冬季漫長，寒冷干燥，多刮西北風，冰雪存積時間較長有利于實驗進行，也使得本次實驗有較強的現(xiàn)實意義[2]。
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(2)數(shù)據(jù)來源
本文用到的所有原始遙感數(shù)據(jù)均來自地理空間數(shù)據(jù)云。研究選取反射性相對于冰雪區(qū)別較大且肉眼可以觀察的物質作為主要研究的積雪污染來源，可以更加方便直觀的判斷具有代表性的污染物反射特性。除此之外，城市內(nèi)部的道路冰雪，都通過添加融雪劑等的方式人工融雪，但是對于冰雪來說，融雪劑本身就是一種污染物。融雪劑主要成分為氯化鹽類，會將積雪的物理性質轉換為偏黃色的半融化狀態(tài)[2]。因此，由于融雪劑引起的冰雪的反射率和光譜屬性改變，也將其算作吸光性污染物的范疇。
2.研究方法
(1)原理
采用歸一化差異雪指數(shù)將不同區(qū)域污染物對積雪反射率的影響可視化為折線圖并生成了分類后專題地圖，各不同區(qū)域污染物的污染程度通過對計算后的結果進行監(jiān)督分類獲得。歸一化差分積雪指數(shù)計算公式由原始Landsat 8 合成后的單日遙感影像的第四波段和第六波段計算：
NDSI=(BAND4-BAND6)/(BAND4+BAND6)
(2)研究方法
結合目視解譯和監(jiān)督分類，根據(jù)歸一化差異雪指數(shù)NDSI將原始影像分類成3個類別，根據(jù)類別的分布和實地考察的結果分析3個地區(qū)的污雪污染物的屬性濃度，以此討論各地區(qū)歸一化差異雪指數(shù)的特征和污染物屬性濃度的關系，總結討論該種污染物污雪的光譜屬性，并根據(jù)不同地物的光譜特征對影像進行不同波段的疊加計算應用到不同種類污染物，達到多種污染物監(jiān)測的目的。
3.實驗過程
(1)遙感影像下載以及初步處理
在地理空間數(shù)據(jù)云平臺上篩選了Landsat 8 OLI-TIRS的2015年和2017年12月份哈爾濱市南崗區(qū)及其周邊部分地區(qū)的遙感影像，根據(jù)經(jīng)緯度范圍利用ENVI5.2裁剪出以南崗區(qū)為中心的矩形區(qū)域，如圖3.1所示
(2)通過歸一化差異雪指數(shù)及目視解譯對積雪受污染情況進行分類
通過計算結果曲線圖以及對影像的目視判別得出積雪閾值為5%，即NDSI>0.15時認為地物有積雪覆蓋,同時根據(jù)數(shù)據(jù)的分布情況將所得到的積雪
按照NDSI值分為3類并在ARCGIS10.3中輸出得到歸一化差異雪指數(shù)計算結果分類對比
4.總結和討論
可以發(fā)現(xiàn)當NDSI<0.15時，此處為沒有積雪覆蓋的地物主要分布在城市主干路沿線，此處積雪大部分被人工清除或被車輛輪胎摩擦產(chǎn)生的熱量融化;當NDSI=0.15-0.2范圍內(nèi)時判定為污染程度較高的積雪，這些積雪主要分布在城市建筑物的屋頂以及主要道路的兩側，屋頂污染物來源主要是煤灰，尾氣等空中氣溶膠膠粒，道路兩側污染物為人工清雪后的堆積積雪和融雪劑殘留;當NDSI=0.2-0.3范圍內(nèi)判定為污染程度適中的積雪，這些積雪主要分布在城市的外沿以及城鄉(xiāng)結合部中，它們的厚度適中而且較為潔凈，人類活動相對于城市中心較少，沒有大型集中供暖的設施和車輛;當NDSI>0.3時判定為污染程度較輕的積雪，這些積雪主要分布于城市外的大規(guī)模農(nóng)田中，研究區(qū)冬季無農(nóng)業(yè)作業(yè)，積雪的厚度較大且受到人類活動影響最小，雪質最好。——論文作者：黃鑫鳳 1 王曉迪 1 鞏翼龍 **2 趙子鵬 1