遙感水文 [Remote Sensing Application in Hydrology] 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

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內容簡介

　　遙感水文是當前科學研究的前沿和熱點領域。《遙感水文》從水文學和遙感科學與技術的發展曆史齣發，闡述瞭水文學發展過程中空間數據獲取的重要性，介紹瞭遙感科學與水文學的基本原理，詳細論述瞭在水文學應用中所需要的基本遙感技術及其處理方法，並從不同尺度闡述瞭遙感水文模型的構建與應用。
　　《遙感水文》適用於高等院校水文學、地理學、環境科學和生態學專業本科生和研究生的學習，也可供從事水文水資源管理和生態環境保護的科研和管理人員參考。

內頁插圖

目錄

序
前言
第1章 緒論
1.1 水文學發展
1.1.1 水文學基本概念
1.1.2 水文學發展階段
1.1.3 水文學發展趨勢
1.2 水資源學與分布式水文模型發展
1.2.1 水資源學基本概念
1.2.2 分布式水文模型發展曆程
1.2.3 國內外主要的分布式水文模型
1.2.4 分布式水文模型應用現狀與發展趨勢
1.3 遙感水文發展現狀與趨勢
1.3.1 遙感與地理信息係統發展曆程
1.3.2 遙感信息耦閤的水文模型
參考文獻

第2章 水文學基本原理
2.1 水循環與水量平衡
2.1.1 水循環過程
2.1.2 水量平衡
2.2 降水
2.3 蒸發與散發
2.3.1 水麵蒸發
2.3.2 土壤蒸發
2.3.3 植物散發
2.3.4 區域蒸散發
2.4 下滲
2.5 徑流
2.5.1 徑流組成
2.5.2 流域蓄滲過程
2.5.3 坡麵匯流過程
2.5.4 河網匯流過程
參考文獻

第3章 水文遙感信息處理技術基礎
3.1 遙感科學基本原理
3.1.1 遙感的概念與特點
3.1.2 電磁波譜和輻射定律
3.1.3 自然介質的反射和發射特性
3.1.4 遙感係統與遙感分類
3.1.5 遙感應用概況
3.2 地理信息係統基本原理
3.2.1 地理信息係統的特徵
3.2.2 地理信息係統的應用
3.2.3 遙感與地理信息係統的綜閤應用
3.3 遙感圖像目視判讀
3.3.1 目視判讀原理
3.3.2 判讀的方法與步驟
3.4 遙感圖像的數字處理
3.4.1 幾何糾正
3.4.2 圖像的增強處理
3.4.3 圖像的分類處理
3.5 遙感數字圖像處理軟件
3.5.1 PCI
3.5.2 ERDAS
3.5.3 ENVI
3.5.4 eCognition
參考文獻

第4章 水文因子遙感信息反演
4.1 降水遙感計算
4.1.1 降水遙感計算原理
4.1.2 滑動視窗降水遙感反演
4.1.3 多源遙感降水數據産品
4.1.4 遙感降水數據降尺度
4.2 地錶能量參數遙感反演
4.2.1 地錶反照率
4.2.2 地錶淨輻射71 4.2.3 地錶溫度
4.2.4 近地麵氣溫估算（GLDAS氣溫數據空間降尺度）
4.3 植被參數遙感反演
4.3.1 植被指數
4.3.2 植被覆蓋度
4.3.3 葉麵積指數
4.3.4 植被截留
4.4 蒸散發遙感估算
4.4.1 Priestly�睺aylor潛在蒸散發遙感估算
4.4.2 Ts�睳DVI蒸散發遙感估算
4.4.3 能量餘項法蒸散發遙感估算
4.5 土壤水分遙感監測
4.5.1 熱慣量法
4.5.2 作物缺水指數法
4.5.3 植被指數法
4.5.4 條件溫度植被指數
4.5.5 微波遙感法
4.6 融雪量估算技術
4.6.1 冰雪覆蓋
4.6.2 SNTHERM模型
4.6.3 度日因子融雪估算
參考文獻

第5章 次降水小流域水文過程遙感計算
5.1 次降水小流域計算發展現狀
5.2 LCM模型
5.2.1 LCM模型原理
5.2.2 LCM模型分布式構建
5.3 分布式LCM模型結構
5.3.1 産流模型
5.3.2 匯流模型
5.3.3 參數優選模型
5.4 分布式LCM模型參數
5.4.1 模型參數
5.4.2 數據獲取
5.5 分布式LCM模型開發與實現
5.6 次洪降水水文過程遙感模擬案例
5.6.1 案例概述
5.6.2 水文氣象數據離散化結果
5.6.3 下墊麵數據疊加分析結果
5.6.4 流域地形數據空間分析結果
5.6.5 小流域次降水水文過程模擬結果
參考文獻

第6章 缺資料區流域水文過程遙感計算
6.1 缺資料流域水文研究進展
6.1.1 缺資料流域傳統水文研究方法
6.1.2 缺資料流域水文研究發展
6.2 DTVGM模型
6.2.1 DTVGM模型原理
6.2.2 DTVGM遙感驅動
6.3 MS�睤TVGM模型結構
6.3.1 植被截留模型
6.3.2 融雪模型
6.3.3 蒸散發模型
6.3.4 産流模型
6.3.5 匯流模型
6.4 MS�睤TVGM模型參數
6.4.1 模型參數
6.4.2 數據獲取
6.5 MS�睤TVGM開發實現
6.6 流域水文過程遙感模擬案例
6.6.1 案例區概述
6.6.2 融雪量遙感估算
6.6.3 蒸發潛力遙感模擬
6.6.4 植被參數遙感估算
6.6.5 土壤水分參數遙感提取
6.6.6 雅江徑流過程遙感模擬結果
參考文獻

第7章 區域水循環過程遙感計算
7.1 水循環過程遙感監測
7.1.1 遙感信息在水循環地錶因子獲取中的應用
7.1.2 遙感信息在水循環能量因子獲取中的應用
7.1.3 遙感信息在水循環水分因子獲取中的應用
7.2 區域水循環遙感模型原理
7.3 模型結構
7.3.1 植被截留降水量
7.3.2 蒸散發模型
7.3.3 土壤水運動模型
7.3.4 區域水量平衡方程
7.4 模型輸入、輸齣與參數獲取
7.5 模型程序開發與實現
7.6 區域水循環過程遙感計算案例
7.6.1 案例區概述
7.6.2 計算結果驗證
7.6.3 計算結果分析
參考文獻

第8章 社會經濟用水與水脅迫指數遙感估算
8.1 社會經濟數據空間化與水脅迫指數研究進展
8.1.1 社會經濟數據空間化概述
8.1.2 社會經濟要素空間化基本方法
8.1.3 水脅迫指數研究現狀
8.2 人口與生活用水空間化估算
8.2.1 人口數據空間化方法
8.2.2 人口數據空間化迴歸模型
8.2.3 人口數據空間化多源數據密度融閤模型
8.2.4 生活用水空間化估算
8.3 GDP與生産用水空間化估算
8.3.1 GDP數據空間化方法
8.3.2 GDP數據空間化迴歸模型
8.3.3 GDP數據空間化多源數據密度融閤模型
8.3.4 社會經濟用水空間化估算模型
8.4 水脅迫指數計算
8.4.1 水脅迫指數的基本定義
8.4.2 水脅迫指數計算方法
8.5 模型開發與程序實現
8.6 社會經濟用水遙感估算案例
8.6.1 案例區概述
8.6.2 人口數據空間化結果
8.6.3 GDP數據空間化結果
8.6.4 社會經濟用水空間化估算結果
8.6.5 水脅迫指數計算結果
參考文獻

精彩書摘

　　《遙感水文》：
　　第1章 緒論
　　水是人類生存的基本條件，是社會生産活動最重要的物質基礎，是生態係統中最重要的單元要素（劉昌明等，2001）。水資源數量的多少、質量的好壞直接影響到人們的身體健康、社會的工農業生産發展，同時水資源狀況還會改變地球的環境質量，在很大程度上控製著全球環境的變化。
　　21世紀以來，社會經濟發展的國際化更進一步深化瞭資源利用的全球化進程，同時全球氣候變化也將對水循環的認識提升到社會、經濟和政治層次的高度；水作為重要的資源和生態環境要素成為世界各國關注的焦點。2002年8月在約翰內斯堡舉行的“關於可持續發展世界首腦會議”明確要重視地球上的水循環，參加的國傢決定通過聯閤製定觀察水循環要素來改善水資源管理，並針對發展中國傢和經濟轉型中的國傢，鼓勵和促進其資源共享和利用，提供空間技術應用條件。全球觀測戰略夥伴計劃（Integrated Global Observing Strategy Partnership�瞤lan，IGOS�睵）製定瞭“全球水循環集成觀測”（Integrated Global Water Cycle Observation，IGWCO），IGWCO從全球到地方多時空角度改進觀測水循環演變能力，其確定的全球水循環主題，既保持瞭全球水循環觀測係統的連續性，又能將不同來源（衛星係統、原地網絡、野外實驗、新的數據平颱）的數據與新興數據進行同化和模型化，嚮水循環綜閤觀測係統的戰略方嚮發展。為瞭保持和推進全球水循環觀測戰略並提供導嚮框架，IGWCO全球水循環主題緻力於支持氣候變化監測、世界水資源有效管理和可持續發展、資源開發和環境管理的社會應用、數字天氣和水文預報，以及水循環關鍵問題的研究，包括瞭降水、土壤含水量、流量和地錶蓄水量、冰凍圈變量（積雪覆蓋、雪水當量、冰和地錶冰）、雲和水蒸氣、蒸發和蒸散發、地下水、水質，以及觀測係統和數據庫等專題。
　　當前遙感技術廣泛應用於水文變量和參數的獲取，主要包括氣溫（Klemen and Marion，2009）、降水量（Huffman and Bolvin，2009；Michaelides et al.，2009）、積雪（Hock，2005）、蒸散發（Dominqu et al.，2005；Markus and Michael，2008）、土壤水（McCabe et al.，2008）等，以及地錶覆被狀況、地形地貌、河網水係等水文下墊麵因子。20世紀60年代以來，遙感技術迅速發展，形成瞭比較完整的科學與技術體係；然而遙感技術目前還難以直接觀測河川內徑流量，製約瞭遙感技術在水文學中的應用。為瞭突破這一瓶頸，遙感科學和水文學相結閤，研發瞭許多耦閤遙感信息的水文模型，這些模型通過結閤遙感提供的下墊麵條件信息（土地利用、地形、植被等），以及降水、蒸散發等氣象水文參數，可使遙感技術在分析流域産匯流特性和確定水文模型參數等方麵發揮巨大作用。此外，應用遙感信息傳輸模型和生態水文參數反演算法，還可以獲取一些傳統水文方法難以獲取或觀測不到的信息。同時遙感具有周期短、同步性好和及時準確、分布式等特點，能夠很好地滿足水文模擬實時、空間分布的需求。
　　然而，也正是因為遙感技術不能直接探測傳統水文學所關注的河川徑流量和水文情勢，學術界從20世紀70年代就開始不斷探索遙感技術在水文學中的應用潛力，力求迴答“遙感在水文研究中究竟能扮演什麼樣的角色？”。Schultz和Engman（2005）總結瞭兩種遙感技術在水文學中應用的觀點，一種認為“如果你瞭解遙感，你就可以在不存在數據，甚至是不具備地麵測量條件的地方獲得水文數據，因此，發展中國傢就能夠根據需要的容量設計齣一個飲用水供水水庫”；另一種則認為“由於不可能通過遙感數據估計地麵水資源和地錶徑流，因此遙感並不是十分有用”。
　　幾十年來，遙感技術在水文中的不斷應用錶明，盡管遙感技術不能直接探測到徑流量，但是它獨有的特點使得遙感在水文應用中的優勢凸顯，包括時空分辨率高，可以提供長期、動態和連續的數據資料；探測範圍廣，可以獲取偏遠地區的信息；提供的信息為麵狀信息，並具有周期短、信息量大和成本低的特點。這些優勢使得遙感技術在水文學上的應用不斷深入，可以直接或間接測量常規手段無法測量到的水文變量和參數。
　　隨著遙感科學與技術的不斷發展，在遙感科學與技術和水文學之間逐漸形成瞭一個學科交叉的研究領域——遙感水文。遙感水文不同於水文遙感，水文遙感重點是研究水文要素遙感獲取的理論、方法和技術，而遙感水文則是將遙感技術與水文模型相結閤，構建遙感信息驅動的水文模型（Schuurmans et al.，2003；Simon et al.，2008），直接或間接地應用遙感數據獲取流域空間尺度的水文因子、生態環境因子和社會經濟因子數據，開展水文狀況和水資源利用的空間計算與分析，完成流域水文概況模擬、洪水過程監測預報、水資源估算和水資源配置等方麵的任務。
　　1.1水文學發展
　　1.1.1水文學基本概念
　　水文學是研究地球錶層中水體的形成、演化、分布、運動和變化規律的一門學科。當前有多種水文學的定義，1962年美國聯邦政府科技委員會把水文學定義為一門關於地球上水的存在、循環、分布，水的物理、化學性質以及環境（包括與生活有關的事物）反應的學科；1987年《中國大百科全書》給齣的水文學定義為關於地球上水的起源、存在、分布、循環運動等變化規律和運用這些規律為人類服務的知識體係。還有定義認為，水文學是研究各種水體的形成、分布、理化性質、運動變化規律以及水體與周圍環境相互作用的科學。上述定義在水文學的研究對象上存在一定的差異，但都將水文學的研究對象界定為地球上自然界中全部的水或一切形態的水體，似乎過於寬泛。實際上，目前水文學僅限於對地錶水體和地下飽和水體的研究，即對包括河流、湖泊、沼澤、冰川、積雪等在內的陸地水體、海洋和地下水的研究，尤其集中於對陸地水體的研究。水文學以自然界的水為研究對象，主要研究任務是揭示水的形態、演化、分布、運動、質量等規律，分析水與自然環境和人類社會的相互關係和相互作用，探討人類的水資源開發、利用和保護。
　　1.1.2水文學發展階段
　　人類在防禦水旱災害和水資源開發利用中，不斷認識水文現象，積纍水文知識，逐步形成和發展瞭水文學。1674年Perrault和Mariotte定量研究瞭降水形成的河流和地下水量大小，標誌著水文學的産生。1856年達西（Darcy）提齣瞭著名的地下水達西定律，這是水文學發展的重要標誌，隨著水文學的知識逐漸豐富，水文觀測實驗儀器不斷被發明和使用，水文學理論體係逐步完善。
　　水文學的發展過程可以劃分為以下4個階段（管華，2010）。
　　（1） 知識積纍時期（16世紀末以前）。人類自從在地球上齣現，為瞭自身生存與發展的需要，就開始與水發生關係，開展瞭大量利用水資源和防禦洪澇乾旱災害的活動。中國傳說中的大禹治水大約發生於5000年前，公元前4000年左右，古埃及人為瞭開墾土地而在尼羅河上修築水壩，古希臘人和古羅馬人也開挖瞭灌溉水渠。在中國，公元前256年至公元前221年李冰父子修建瞭都江堰，公元581年至公元618年開挖瞭京杭大運河。
　　這一時期開始齣現原始的水位、雨量觀測和水流特性觀察，並對水文現象進行瞭定性描述和推理解釋。公元前3500年至公元前3000年古埃及人開始觀察尼羅河水位，公元前2300年古代中國人開始觀測河水漲落，公元前4世紀古印度人開始觀測雨量。公元1500年，達·芬奇（Leonardo da Vinci）提齣瞭浮標測流速的方法，發現瞭過水斷麵麵積、流速和流量之間的關係，提齣水流連續性原理。
　　古代哲學傢對水的循環運動及其起源等問題也産生瞭極大興趣，提齣和發展瞭相關思想。公元前450年至公元前350年，柏拉圖（Platon）和亞裏士多德（Aristotle）就已經提齣瞭水循環的假說；公元前27年，維特魯維厄斯（Marcus Vitruvius）提齣瞭具有現代概念意義的水循環理論；到15世紀末，達·芬奇和伯納德·帕裏希（Bernard Palissy）對水循環已有較高水平的認識和理解。
　　這一時期，尤其是早期，人們對水循環等水文現象的瞭解和認識還是很不全麵的，主要是基於猜想和假說，而沒有基於觀測數據的推理，缺乏對水文現象的理論解釋。因此，這一時期尚未齣現科學意義的水文學。
　　（2） 學科形成時期（17世紀初~19世紀末）。17世紀，水文觀測實驗儀器不斷被發明和使用，各國普遍建立起水文站網和製定瞭統一的觀測規範，使實測水文數據成為科學分析水文現象的依據，從而使水文研究走上瞭科學的道路，促進瞭現代水文學的形成。當時，佩羅（Perrault）、馬略特（Mariotte）、哈雷（Halley）等開展的一係列研究工作，被認為是現代水文學誕生的標誌。佩羅應用他對塞納河流域降雨和徑流進行3年觀測所獲得的降雨徑流數據和流域麵積數據，說明瞭徑流的降雨成因，首次將對水循環的認識提高到定量描述的高度。馬略特在塞納河上，建立瞭基於流速和河流橫斷麵麵積的流量計算方法。哈雷通過對地中海海水蒸發率的觀測，提齣瞭蒸發是河流徑流的主要支齣途徑的觀點，發展瞭水循環理論。
　　18世紀，水文學理論和水力學理論不斷湧現；19世紀，實驗水文學逐漸興起，地下水文學得到很大發展。1738年，伯努利（Bernoulli）提齣瞭水流能量方程，即著名的伯努利定理。1775年，謝纔（de Chezy）提齣瞭明渠均勻流公式，即著名的謝纔公式。1802年，道爾頓（Dalton）提齣瞭闡述蒸發量與水汽壓差比例關係的道爾頓定理。1856年，達西基於實驗提齣瞭地下水滲流基本定律，即著名的達西多孔介質流動定律。1871年聖維南（de Saint�睼enant）推導齣瞭明槽一維非恒定漸變流方程組，即著名的聖維南方程組。1889年，曼寜（Manning）提齣瞭計算謝纔係數的曼寜公式。1895年，雷諾（Reynolds）提齣瞭描述紊流運動的雷諾方程組和紊流黏滯力的概念。1899年，斯托剋斯（Stokes）推導齣瞭計算泥沙沉降速度的斯托剋斯公式。這些卓越的研究成果的齣現，為水文學的形成奠定瞭豐富的理論基礎。
　　18世紀以後相關研究發展更為迅速，為水文學定量研究的發展提供瞭深厚技術基礎，同時水文觀測也取得瞭重大進展。1610年聖托裏奧（Santorio）研製齣瞭流速儀，1639年卡斯泰利（Castelli）研製齣瞭雨量筒，1732年皮托（Pitot）發明瞭新的測速儀皮托管，1790年沃爾特曼（Woltmann）研製齣瞭轉子式流速儀，1870年埃利斯（Ellis）發明瞭鏇槳式流速儀，1885年普賴斯（Price）發明瞭鏇杯式流速儀。對河流的係統觀測始於19世紀。19世紀初，歐洲部分國傢開始對萊茵河、颱伯河、加龍河、易北河、奧得河等開展水情觀測，並結閤理論推算等綜閤方法，建立瞭流量資料序列，並於1865年開始觀測死海水位。在中國，1742年北京開始記錄逐日天氣和雨雪起訖時間和入土雨深，1736年黃河老壩口開始設立水尺並觀測水位和報汛，1841年北京開始以現代方法觀測降水量。
　　這一時期實現瞭對水文現象的定性描述嚮定量錶達的轉變，初步建立起瞭水文學的理論基礎，但是很多成果都是經驗性的，水文學基本理論尚未完全建立起來。
　　（3） 應用水文學時期（20世紀初~60年代）。進入20世紀，為滿足世界上大規模興起的防洪、灌溉、水力發電、交通運輸、農業、林業和城市等建設事業的需要，服務於社會和水利工程建設的水文預報和水文水利計算技術得到快速發展，極大地促進瞭水文學研究方法的理論化和係統化。
　　1914年黑曾（Hazen）提齣瞭應用正態幾率格紙選配流量頻率麯綫的方法，1942年福斯特（Foster）提齣瞭應用皮爾遜Ⅲ型麯綫選配頻率麯綫的方法，至此概率論與數理統計的理論與方法開始被係統地應用於水文研究。1930~1950年，水文現象理論分析得到發展並開始取代經驗分析，這一進展的具體體現是謝爾曼單位綫、霍頓滲透理論、泰斯方程、彭曼水麵蒸發計算公式等的提齣。
　　這一時期的水文觀測也得到進一步發展，美國等西方國傢開始實施水文研究方案，水文站逐漸在世界範圍內發展成為國傢規模的站網。
　　……

前言/序言

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