水是生命之源，是人类社会可持续发展不可或缺的要素。水的质量也关乎人类生命的质量，是人类生存环境的一项关键性指标，监测水资源与水环境自然也成为资源与环境保护的一项十分重要的工作。

　　通过遥感传感器获得的水体颜色光谱推演水体质量状况称为水色遥感。水色可以理解为水体的颜色，水色遥感就可以简单地理解为通过水体的颜色来判断水体的性质。

　　中国科学院遥感地球所水环境课题组选择从水质状况遥感指数，即水体颜色指数(Forel-UleIndex，FUI)入手，开展了2012 年度全球大型湖泊和水库的水质遥感监测研究，并于2015 年度首次开展全国大型湖泊和水库的水质状况监测工作，发布2000~2015年全国大型湖泊和水库的水质状况报告。

　　1.指数说明

　　水质状况遥感指数计算采用的遥感数据源为：MOD09A1 数据，即MODIS 地表反射率8 天合成产品，空间分辨率为500 米，覆盖全国范围2000~2015 年共14600景数据。

　　水质监测对象仅包括面积大于50 平方千米的湖泊、水库等大型地表水体，不包括河流、冰川、沼泽、湿地等。需要指出的是，报告中的研究水体必须有2000~2015 年连续数据，由于高原湖泊持续结冰、常年云覆盖导致的任意一整年数据缺失，会使相应水体不在研究统计范围内。

　　水体颜色指数(FUI)划分为1~21 个等级数，映射到遥感图像上的水体颜色是从深蓝到红褐色共21个颜色，同时，FUI 等级数越低水体越清洁，等级数越高水体越浑浊。遥感水体FUI 提取方法详见《基于MODIS 的内陆水体颜色参量提取及分级》[1] 。根据FUI 可以将水体分为4 个大类：A类：FUI在1~6 时，水体呈蓝色，水体清洁;B类：FUI在6~9 时，水体呈蓝绿色，水体较清洁;C类：FUI在9~13 时，水体呈绿色，水体浑浊;D 类：FUI 在13~21 时，水体呈黄绿到红褐色，水体非常浑浊。需要说明的是：水质状况遥感指数(FUI)的水体分类主要基于水体的光学特征，不同于传统基于各项生化指标的《地表水环境质量标准》的地表水体分类。

　　水质遥感监测的数据处理方法主要包括：① 数据预处理：对MOD09A1 数据进行几何校正和二次大气校正，提取水体离水反射率;② 大型地表水体自动提取：基于校正后的离水反射率图像，利用单个水体自动阈值判断法对其进行水陆分割，提取面积大于50 平方千米的大型地表水体;③ 水质状况遥感指数(FUI)提取：基于可见光波段的离水反射率图像计算色度，进一步映射到FUI。

　　精度检验与统计方法如下：①精度检验：FUI 提取精度为92%，利用FUI 指示水体浑浊程度的精度为63%。②统计方法：空间上，按照中国划分的五大湖区(青藏高原湖区、东部平原湖区、东北山地与平原湖区、蒙新高原湖区、云贵高原湖区)，分别对FUI 进行统计;时间上，对每个水体对象的FUI 进行年平均值计算，统计其2000~2015 年年平均值。

　　2.2015年大型地表水体水质状况

　　统计结果显示，全国50平方千米以上的水体共有175 个，2015 年全国大型地表水体FUI 变化范围为2~16，表明水体颜色多样、从深蓝到黄褐色变化，浑浊程度也存在很大差异。其中，FUI 在4~10 的水体占70.1%，表明我国大型地表水体以蓝色和绿色为主(见图1)，以清洁类和较清洁类为主。以下将分别从FUI 所表明的水体颜色和浑浊程度展开说明。

　图1. 2015 年全国大型地表水体FUI统计

　　我国大型地表水体空间分布不均，水体颜色空间分布也很不均匀(见图2)。整体来看，西部水体偏蓝，东部水体偏绿偏黄。FUI 偏低的大型地表水体主要集中于青藏高原湖区，该区域是世界上海拔最高的地区，也是我国地表水体密度最大的地区，统计的该地区50 平方千米以上的水体共有117 个，水体主要呈蓝色，2015年FUI 平均值为5.1。东部平原也是我国大型地表水体较密集的湖区，该地区湖泊主要分布于长江及淮河中下游、黄河及海河下游和大运河沿岸，统计的该地区大型水体共有36 个，水体主要呈绿色或黄绿色，2015年FUI 平均值为10.3。相比之下，东北山地与平原湖区、蒙新高原湖区和云贵高原湖区大型地表水体较少，统计的大型以上的水体分别有4 个、13个、5个，FUI均值分别为14.2、8.2、7.8。

　图2. 2015 年全国大型地表水体年均FUI 空间分布

　　表1. 中国五大湖区大型地表水体个数以及2015 年FUI 年均值

　　从水体浑浊程度来看，在全国空间分布图上可以看出，西部水体以清洁和较清洁为主，东部水体以浑浊为主(见图3)。统计2015 年全国大型地表水体FUI 年均值，并将其划分到4 类水中发现：清洁水体个数占36%，较清洁水体个数占39%，浑浊水体个数占22%，非常浑浊水体占3%(见图4)。

　图3. 2015 年中国大型地表水体浑浊程度空间分布

　　图4. 2015 年中国大型地表水体浑浊程度分类比例

　　3.2000～2015年大型地表水体水质变化情况

　　2000~2015 年中国大型地表水体FUI 监测结果如图5所示。过去16 年间，中国大型地表水体FUI 平均值呈现逐渐下降趋势，从2000 年的均值8.2 下降到2015 年的7.2。这表明，过去的16 年，从全国总体来看，大型地表水体浑浊程度有下降趋势。

　　2000~2015 年，从全国统计的175 个大型地表水体中，A 类清洁水体个数从48个上升到63 个，B 类较清洁水体个数从64 个上升到68 个，C 类浑浊水体个数从46 个下降到38 个，D 类非常浑浊水体个数从17 个下降到6 个。在过去16 年间，虽然年间有波动，整体来看，全国A 类B 类水体个数在上升，C 类D 类水体个数在下降(见图6)。

图5. 2000~2015 年中国大型地表水体FUI 均值变化

　　图6. 2000~2015 年中国大型地表水体浑浊程度分类个数变化

　　参考文献：

　　[1] Wang S.L., et al. “MODIS-Based Radiometric Color Extraction and Classification of Inland Water with the Forel-

　　Ule Scale: A Case Study of Lake Taihu”. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, IEEE

　　Journal. 2015, 8(2): 907-918.

　　以上内容摘编自遥感监测绿皮书《中国可持续发展遥感监测报告(2016)》

（来源：中科院遥感地球所）