目前水体重金属遥感反演相关研究仍比较薄弱。 自然界中重金属污染水体的光谱特征研究是重要的基础性工作, 是将来实现卫星遥感反演时波段选择的重要理论依据, 也是遥感反演模型所必须的基础参数。 首先利用Analytical Spectral Devices(ASD)光谱仪, 测量获得以大宝山尾矿水为例的典型重金属污染水体在两种水深和两种光照条件下的离水反射率光谱曲线, 发现在600~700 nm(红波段)均有稳定的反射峰, 然后进一步与自然界常见的两类水体(浑浊水体和富营养化水体)的反射峰位置进行对比, 发现: 以长湖水库石英砂厂附近为例的浑浊水体反射峰在550~700 nm(绿、 红波段), 以北江韶关冶炼厂附近为例的富营养化水体反射峰在550~600 nm(绿波段), 3种水体的反射峰位置各异, 说明该重金属污染水体反射率光谱与这两类水体具有很好的可分性。 然后在测量水体反射率基础上, 结合水质遥感模型和进行室内消光系数测量, 反演得到大宝山尾矿水体的总散射系数和总吸收系数光谱, 并进一步分离水分子吸收作用, 最终得到水中成分的综合吸收系数光谱曲线, 结果表明: 在紫光波段吸收最强, 在红光波段吸收最弱; 具体表现为: 从400 nm开始, 吸收系数快速递减, 在蓝绿光波段递减速度变缓, 从黄光波段又开始快速递减, 到676 nm达到极小值, 然后又快速增强至750 nm, 随后变化减缓。 最后结合水样的水质化验结果, 对该重金属污染水体的光谱成因进行分析, 发现现场水色和水中成分的综合吸收系数光谱特征皆与作者前期研究测量获得的硫酸铁溶液颜色及其吸收系数光谱特征吻合, 因此认为水中成分的光谱特征是由硫酸铁及其水解产物所引起。 以上说明该重金属污染水体的光谱特征明显, 反射峰和强吸收波长位置明确, 这是将来利用卫星遥感手段反演水中重金属浓度的重要特征波段。 该研究获得了以大宝山尾矿水为例的典型重金属污染水体反射率、 消光系数、 散射系数和吸收系数的光谱结果, 为日后推广至其他种类重金属矿的尾矿水体及水中成分光学参数反演提供方法依据, 也为将来利用卫星遥感技术对水中重金属浓度进行定量提取打下良好的理论基础。

测量出水中镉化合物单位浓度消光系数光谱曲线和镉化合物干燥环境下的反射率光谱曲线是水体镉元素含量遥感反演的关键。 首先采用自主设计的透射光测量装置, 利用Analytical Spectral Devices (ASD) 光谱仪分别测量了相同厚度不同浓度的两种镉化合物粒子溶液(硫化镉和氧化镉)的透射光辐亮度, 通过比值法计算出不同浓度的镉化合物粒子溶液的消光系数, 最终得到其400~900 nm波长范围内的单位浓度消光系数光谱。 然后再利用ASD光谱仪在户外晴好干燥的环境下对这两种镉化合物的反射率光谱进行了测量, 为日后进一步计算其单位浓度吸收和散射系数打下基础。 单位浓度消光系数光谱测量结果表明, 硫化镉在675 nm出现极大值, 在550和830 nm出现极小值； 氧化镉则随着波长的增加呈逐渐减少的单调趋势； 两种化合物在水中的消光作用主要在紫蓝光波段。 反射率光谱测量结果表明, 硫化镉的反射率从500 nm开始快速增大至650 nm后趋于平缓； 氧化镉从525 nm开始呈近线性递增至900 nm； 二者都具有明显的光谱特征。 本文在国内首次专门针对水质遥感领域开展了具有光活性的镉化合物的光学参数测量工作, 并获得了这两种化合物的单位浓度消光系数和反射率光谱曲线, 是水体镉含量遥感反演模型所必需的光学参数之一, 为镉含量遥感反演这一难题提供一个突破口, 测量结果可以为镉含量提取的遥感工作波段选择提供有力的参考依据, 同时也为水体镉含量的遥感提取提供了模型必需的重要参数。