《地表水遥感监测与模拟：理论、方法与实践》旨在系统介绍地表水遥感监测与模拟的理论、方法与实践，并基于最新的遥感技术和算法，探讨如何利用多源遥感数据实现对地表水的高精度、高时效监测，且通过一系列不同的研究案例向读者介绍相关方法的建立理念实现思路与应用效果。全书共分为8章，第1章为绪论，介绍地表水遥感监测的背景、意义及研究现状；第2章详细阐述地表水遥感监测的基本原理与方法，涵盖光学遥感、微波遥感和卫星高度计等技术；第3章至第7章分别介绍了混合像元分解与重构、影像时空融合、不确定性提取、SAR地表水提取、洪水淹没模拟等关键技术；第8章对全书内容进行了总结与展望。
　　《地表水遥感监测与模拟：理论、方法与实践》不仅适合遥感、水文、环境科学等领域的研究人员和工程技术人员参考，也可作为相关专业本科生和研究生的参考教材。

　　第1章 绪论
　　1.1 地表水的重要性
　　地表水（surface water），是指地球表面上的水，如河流、湖泊湿地和海洋等。有时，固态水如冰川冰盖等也被认为是地表水的一部分。但是，更多时候，我们采用狭义的地表水定义即除去海洋以及固态水之外的陆地水。本书亦采用这一定义，认为地表水主要指河流湖泊及沼泽等陆地水体。地表水是人类生产生活用水的重要来源之一，也是各国水资源的主要组成部分。地表水对于维持各种生命形式不可或缺，它通过为大量动植物提供栖息地的方式保护河岸或湿地生态系统中的生物多样性（Vorosmarty et al.，2010）。地表水不仅作为水文循环的重要组成部分，对生态系统至关重要，还关乎我们生产生活的方方面面，例如作为饮用水、农业用水、工业用水等（Vorosmarty et al.，2000）。
　　地球上淡水的分布非常不均匀。虽然在中生代和古近纪等温暖时期，地球上没有冰川覆盖所有淡水都存在于河流和溪流中，但如今大多数淡水以冰、雪、地下水和土壤水分的形式存在，只有0.3%以液体形式存在于地球表面。在液态地表淡水中，湖泊约占87%，沼泽约占11%，河流仅占约2%，此外，大气和生物中也存在少量液态水。
　　由于不同自然和人为因素等的影响，地表水体具有较强的动态性，表现为范围缩小、扩张或流动转移等特点（Karpatne et al.，2016）。地表水体的动态变化会通过影响其他自然资源和人民财产等，进一步影响环境。地表水量的变化通常会导致严重的后果。在极端情况下，地表水的快速增加会导致洪水泛滥，而急剧缩减又将导致干旱灾害。因此，对地表水的时空动态进行及时、准确的监测，具有重要的生态环境意义和社会经济意义。
　　1.2 遥感技术及其原理
　　广义的遥感泛指一切无接触的远距离探测包括对机械波（声波、地震波等）、电磁场、力场等的探测。狭义的遥感主要指在地球与环境领域，从远处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁波信息，经过对信息的处理，判别出目标地物的属性。本书中将沿用狭义的遥感定义。目前遥感已应用于诸多领域，包括地理、土地测量和大多数地球科学学科（如水文学、生态学气象学、海洋学、冰川学、地质学等），成为地球环境资源调查和规划不可或缺的有效手段。此外，它还具有军事、情报、商业、经济和人道主义等方面的应用。
　　相对于传统的对地观测技术，遥感技术具有很多无可比拟的优点，具体包括以下方面。
　　（1）遥感可实现大面积的同步观测。比如一幅Landsat图像，覆盖面积达185kmX185km，在5～6分钟内可完成扫描，实现对地的大面积同步观测。同时，利用遥感所取得的数据可进行大面积资源和环境的调查，并且不受地形阻隔等的限制。
　　（2）遥感观测具有很强的时效性。遥感探测可以在短时间内对同一地区进行重复探测，监测地球上许多事物的动态变化。一般地球资源卫星8～9天可重复一次，气象卫星每天两次，而传统的地面调查需要花费大量的人力和物力，且周期很长。因此，遥感方法具有很好的时效性。遥感在天气预报火灾和水灾监测以及军事行动等领域的应用，反映了其时效性优势。
　　（3）遥感技术获取的数据具有综合性和可比性。遥感获得的地物电磁波特性数据综合地反映了地球上许多自然人文信息，客观地记录了地面的实际状况，数据综合性很强。同时，不同的卫星传感器获得的同一地区的数据以及同一传感器在不同时间获得的同一地区的数据，均具有可比性。
　　（4）遥感技术具有很高的经济性。从投入的费用与所获取的效益看，遥感与传统的方法相比，可以大大地节省人力、物力财力和时间，具有很高的经济效益和社会效益。
　　根据遥感传感器搭载的平台不同，遥感一般分为地面遥感、航空遥感和航天（卫星）遥感。其中，卫星遥感由于覆盖范围更广，周期重复观测更加方便，是目前遥感领域最重要的遥感方式。本书中所涉及的遥感平台也以卫星遥感为主。卫星遥感中常用的卫星轨道主要有三种极地轨道、近地非极地轨道和对地静止轨道。极地轨道卫星位于与赤道平面成90°角倾斜的轨道平面内。这种倾斜度使卫星可以感知整个地球，包括极地地区，从而可以观察到难以通过地面到达的位置。许多极地轨道卫星被认为是与太阳同步的，这意味着卫星在每个周期的相同太阳时间经过同一位置，有利于周期性的重复观测。极地轨道可以上升或下降。在上升的轨道上，人造卫星越过赤道，便从南向北移动。在下降的轨道上，卫星从北向南移动。近地非极地轨道的高度通常比地球表面高2000km。这些轨道不提供全球覆盖，而是仅覆盖部分纬度。对地静止卫星跟随地球自转，并以相同的自转速度行进，因此，卫星对地球上的观察者来说似乎固定在一个位置。这些卫星在每次观测时都能捕获到相同的地球视野，几乎可以连续覆盖一个区域，因此广泛应用于气象领域。绝大多数的气象卫星均处于对地静止轨道。
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第1章 绪论 1
1．1 地表水的重要性 1
1．2 遥感技术及其原理 1
1．3 地表水遥感研究现状 4
1．4 本书的内容框架 12
参考文献 13

第2章 地表水遥感监测原理与方法 20
2．1 光学遥感监测地表水的原理与方法 20
2．2 微波遥感监测地表水的原理与方法 26
2．3 其他遥感手段监测地表水的原理与方法 29
2．4 小结 30
参考文献 31

第3章 面向地表水提取的混合像元分解与重构 41
3．1 研究背景 41
3．2 面向地表水体丰度的混合像元分解 42
3．3 面向地表水体的亚像元制图 47
3．4 小结 70
参考文献 70

第4章 面向地表水体动态监测的影像时空融合 72
4．1 概述 72
4．2 研究方法 73
4．3 应用案例 75
4．4 小结 81
参考文献 81

第5章 面向地表水提取的不确定性研究 83
5．1 研究背景 83
5．2 研究方法 84
5．3 应用案例 90
5．4 小结 101
参考文献 102

第6章 基于合成孔径雷达的地表水提取研究 105
6．1 研究背景 105
6．2 地形要素的影响 105
6．3 植被下水体提取 106
6．4 应用案例一：地形指数辅助哨兵1号C波段SAR的地表水提取 108
6．5 应用案例二：基于哨兵1号C波段SAR的湿地植被淹水监测 120
参考文献 132

第7章 洪水淹没连通性及水深分析与建模 151
7．1 试验区和数据 153
7．2 建模方法 155
7．3 结果与讨论 160
7．4 小结 165
参考文献 166

第8章 研究成果与展望 168
8．1 主要研究成果 168
8．2 研究展望 169