对于沿岸水体, 传感器接收到的水体辐射信号受到沿岸陆地高反射率的影响, 图像对比度降低, 邻近效应影响显著。有效剔除大气衰减和邻近效应, 准确获取水体表面反射率, 是水色遥感定量反演的重要前提。基于2016年4月29日太湖沿岸水体的实测光谱数据与同步过境的高分一号宽覆盖相机(GF-1/WFV)影像, 使用6S模型剔除大气衰减的影响, 并使用核函数表达大气点扩展函数, 进行邻近效应校正。实验结果表明, 邻近效应校正后的图像更清晰, 对比度增大, 水体细节信息更丰富。与6S校正结果相比, 3个同步实测样点的邻近效应校正结果的平均相对误差分别降低了10.8%, 5.24%, 10.39%, 邻近效应校正改进了水面遥感反射率的辐射探测精度。

前期研究发现太湖过滤水和表层沉积物中Zn含量最高, 且表层沉积物中Cd存在强生态危害。 因此, 在优化实验条件下, 以电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)为分析手段研究了太湖苏州湾大桥东表层沉积物(标记为SES)对Cd2+和Zn2+的吸附-解吸特性。 吸附动力学结果表明: SES对Cd2+和Zn2+的吸附能力相差不大, 在吸附时间t<120 min时, 吸附是一个快速阶段, 而当t≥120 min时则相反, 吸附趋于动态平衡； Cd2+和Zn2+的吸附更符合伪二级动力学模型。 吸附热力学实验表明, 沉积物对Cd2+的吸附更符合Freundlich模型, 而对Cd2+的吸附更符合Langmuir模型。 沉积物中Cd2+和Zn2+的解吸动力学研究发现, 二者均更符合Elovich方程, 为非均相扩散过程。 且当pH值增大时, 沉积物中Cd2+和Zn2+的解吸量逐渐减小, 并在pH=9时趋于稳定。 结合Cd2+和Zn2+的吸附-解吸特性发现, SES对Cd2+和Zn2+的吸附速率远远大于其解吸速率, 与作者前期研究结果一致。 揭示了太湖表层沉积物对Cd2+和Zn2+的吸附-解吸作用机理及不同因素对吸附-解吸行为的影响。 对研究太湖固-液两相界面重金属的分配和污染水体修复具有重要指导意义。

高分四号卫星是我国首颗高空间分辨率地球静止卫星, 在浑浊二类水体的遥感定量监测方面应用潜力很大。 为评价高分四号多光谱数据经大气校正后水体反射率的精度, 以太湖为研究区, 使用同步MODIS数据辅助的Gordon单次散射改进算法, 对2016年7月21日和2016年8月17日两景高分四号多光谱数据进行大气校正, 并通过与地面同步实测光谱数据、 以及地球静止水色卫星GOCI数据大气校正结果的协同比对, 验证高分四号多光谱数据的大气校正效果, 为该卫星产品的水色遥感应用提供借鉴和参考。 结果表明, 红光B4波段校正精度最高, 平均绝对误差(MAPE)为10.71%； 绿光B3波段校正精度次高, MAPE为13.21%； 近红外B5波段校正精度次低, MAPE为33.06%； 蓝光B2波段校正精度最低, MAPE为53.55%。 其中B3, B4和B5波段校正精度高于GOCI, 主要原因在于高分四号的空间分辨率远高于GOCI, 混合像元导致的精度误差相对较小, 充分显示了高分四号作为一颗高空间分辨率地球静止卫星在水色遥感方面的优势； 而B2波段低于GOCI, 表明高分四号的蓝光波段尚有改进空间, 今后有必要对该波段进行重新定标等处理； 在未得到有效处理的情况下, 水色遥感应用应尽量避开该波段。 总体而言, 高分四号多光谱数据校正精度较高, 可以较好的应用于内陆二类浑浊水体的定量遥感监测。

表层沉积物是水体污染物的源和汇。 研究表明， 太湖地区特别是梅梁湾和东太湖表层沉积物中磷等营养元素污染严重。 采用SMT法(standards measurements and testing)和钼锑抗分光光度法对太湖18个采样点表层沉积物样品进行前处理和磷形态分析， 结合我国、 加拿大和美国标准对总磷进行污染评价。 通过拟合建立了吸附-解吸动力学特征方程， 并在不同pH、 水土比的环境条件下获得磷的吸附特性。 同时也在不同温度和pH下对磷进行解吸特征研究。 结果表明： S9采样点总磷、 无机磷、 有机磷和酸磷含量均最高， S11采样点碱磷含量最高。 对于所有采样点， 各形态磷平均值大小排序为(μg·g-1)： 无机磷(40143)>酸磷(37781)>有机磷(17537)>碱磷(2553)。 污染评价结果表明： 除S12， S14~S16及S18采样点外， 其余采样点均有不同程度的污染。 表层沉积物对磷的吸附-解吸过程均符合伪二级动力学方程。 吸附过程最佳水土比为25∶1， 且pH值对吸附和解吸有不同程度的影响。 研究结果为掌握太湖梅梁湾和东太湖区域磷的污染现状提供理论依据， 同时为研究磷在沉积物-水界面的迁移规律提供可信的实验数据。

叶绿素a浓度(Chlorophyll-a: Chl-a)是内陆水体重要的水质参数之一, 遥感数据为其提供了大范围、 多时相的监测信息, 然而由于内陆湖泊水色要素复杂的光学性质及较大的时空差异, 传统的遥感影像及单一的Chl-a反演模型在应用中存在着局限性。 因此本研究以太湖为研究区, 时间分辨率1小时的静止海洋水色卫星Geostationary Ocean Color Imager(GOCI)为数据源, 在基于层次聚类法实现归一化实测光谱反射率分类的基础上, 利用光谱角测距匹配实现2012年5月6日(08:16—15:16) 8景GOCI太湖影像的水体分类; 并针对不同水体类型分别建立基于GOCI影像的Chl-a反演模型, 实现不同类型水体的Chl-a浓度反演。 结果表明, 太湖水体光谱可分为四类, 类型1光谱体现出漂浮藻类的特征, 可将其作为蓝藻水华的判定依据; 类型2—4体现的特征分别为水体含有较高Chl-a浓度、 较高悬浮物浓度及相对较低Chl-a较低悬浮物浓度; 并且类型2—4与分类前相比, 其分类模型估算的Chl-a浓度误差均得到了不同程度的提高, 平均相对误差分别降低了7%, 12.3%和15.9%; 此外, GOCI影像反演结果不仅可以很好地反映Chl-a浓度的空间分布状况, 也能反映出太湖Chl-a浓度的日变化差异及规律, 表现出了其在富营养化污染动态监测及预警中的应用潜力。 该方法在GOCI影像中的应用, 在提高Chl-a浓度反演精度的同时也提高了模型在实际应用中的适用性, 为日后太湖水体不同时刻Chl-a浓度的精确估算提供了基础。

藻类水华爆发已成为影响内陆水体生态环境的重要因素。 遥感能够提供实时的大范围观测, 在水华监测中起到越来越重要的作用。 遥感植被指数已广泛应用于藻类水华监测中, 通过对研究区植被指数图像进行阈值分割, 能够反映不同子区域内的藻类爆发程度； 然而阈值分割法的结果只能反映某一时间点（图像获取时）的藻类爆发状况, 无法表征长时间内藻类的变化。 相比于单个时间点的植被指数, 植被指数时间谱（时谱）包含藻类的物候信息, 能够更加全面准确地反映藻类的长时间变化。 目前, 植被指数时间谱还尚未应用到水华相关研究中。 选取2001年—2013年太湖区域的MODIS NDVI数据, 构建年度NDVI时谱数据, 利用(support vector machine, SVM)方法对每年的太湖蓝藻水华爆发强度进行分类, 将太湖重度、 中度和轻度蓝藻水华爆发的区域以及水生植物的区域提取出来, 得到其空间分布和面积； 并从2007年的时谱数据中抽取了8个时间点的NDVI图像, 利用传统阈值分割法提取太湖重度、 中度和轻度蓝藻水华爆发的区域, 将结果与2007年时谱数据分类的结果进行对比。 结果表明： 所提出的方法能够更加全面准确地对太湖蓝藻爆发强度进行分类, 通过NDVI时谱曲线提供的丰富物候信息可准确区分蓝藻与水生植被区域。 本研究有望为准确掌握和预测藻类水华的爆发趋势及强度提供有效手段。

基于2011年5次太湖水体现场测量数据, 分析富营养化水体颗粒有机碳(POC)对遥感反射比的影响, 构建了POC含量的遥感定量估算模型, 并结合MERIS遥感影像资料, 揭示了太湖水体POC浓度的时空变化特征.结果表明, 太湖水体中的POC对560～709nm波段范围内的遥感反射比影响显著; 基于海洋水环境特征构建的POC浓度遥感估算模型不适于太湖水体; 通过分析富营养化水体的光学特性以及POC对遥感反射比的影响, 发现MERIS传感器红(620nm)、近红外(709nm)波段遥感反射比的比值与POC浓度具有较好的相关关系(R2=0.75, n=132, RMSE=33.27%, P<0.05), 适于太湖水体POC浓度的遥感估算.

以藻蓝蛋白标准品和室内培养的铜绿微囊藻、 鱼腥藻为参照, 于2011年春、 夏、 秋三季在太湖采集75个水样, 分析太湖水体中藻蓝蛋白的紫外-可见吸收光谱特征, 及其与标准品、 单一藻种光谱特征的区别和联系。 结果表明: 太湖水体中藻蓝蛋白的吸收光谱形态可根据500～700 nm的吸收峰个数划分为无峰型、 单峰型和双峰型三类。 无峰型光谱在500～700 nm间变化平缓, 620 nm附近无藻蓝蛋白的特征吸收峰出现。 根据300～450 nm的吸收差异, 无峰型可划分为无峰Ⅰ和无峰Ⅱ两个亚类。 峰型Ⅰ仅在260 nm附近出现吸收峰, 250～800 nm的谱型更接近于有色可溶性有机物（CDOM）; 峰型Ⅱ在260和330 nm处均有吸收峰出现。 单峰型光谱在620 nm的藻蓝蛋白特征吸收峰明显, 受藻种差异和提取纯度的影响, 其在250～300, 300～450和500～700 nm的吸收峰出现位置和峰值比与标准品、 单一藻种不同。 双峰型光谱在620和670 nm附近各具一个吸收峰, 同时在350～450 nm出现吸收肩, 兼具藻蓝蛋白和叶绿素复合蛋白的吸收特征。

总悬浮物浓度是水质评价的重要参数之一, 传统的遥感反演估算模型忽视了光学性质多变、 复杂的二类水体的差异性。 本研究基于太湖、 巢湖的星地同步实验, 针对环境1号卫星多光谱数据, 设立了水体光学分类方法, 将研究水体分为二种类型, 进而建立了适用于不同类型水体总悬浮物浓度的反演估算模型。 得出以下结论: （1）基于光谱分类的方法可以提高总悬浮物浓度的反演估算精度; （2）对于类型一和类型二水体, 分别使用指数模型和线性模型可以较好地反映总悬浮物浓度与反演估算因子之间的关系。

水体光场不是各向同性的, 其方向性分布规律的研究对于水质参数遥感反演建模具有十分重要的意义。 大洋水体光场的二向性研究已经相对比较成熟, 而内陆水体光场的二向性分布规律研究仍存在许多问题。 水面原位多角度光谱测量数据是分析水体光场二向性的重要依据, 但是目前国际上还缺少相关测量设备。 设计并制作了一种能够在野外原位测量水面光场二向性的多角度水面光谱测量杆, 它可以配合光谱仪测量多个角度的水面遥感反射率光谱。 利用该设备在太湖开展了一次水面多角度光谱测量实验, 利用该实验获取的数据分析了太湖水面遥感反射率光谱的方向性分布规律, 进而给出了能够降低方向性影响的水质参数遥感反演建模策略。