基于环境一号卫星的四十里湾透明度遥感反演

利用环境一号小卫星的CCD数据及同步地面观测数据,进行了烟台四十里湾海域透明度的遥感反演研究。结果表明,红蓝波段比值与实测透明度具有较高的相关性,并以此为基础建立了该区域水体透明度的遥感反演模型,反演值与实测值的平均相对误差为8.6%,均方根误差为0.1 m。据此模型绘制了四十里湾水体透明度分布图。研究发现,透明度具有近岸低、远岸高的特点,且从近岸向外海基本呈逐渐递减的趋势。     

湖泊水质参数遥感监测研究进展

湖泊是水圈的重要组成,也是重要的淡水资源之一.湖泊的水环境日益遭到污染,监测湖泊水质动态变化对生态环境保护具有重要意义.遥感技术为湖泊水质监测提供技术支持,克服了人工采样成本低和时效性差的特点,在湖泊水质监测中得到了广泛的应用.通过遥感可以监测的指标包括悬浮物、叶绿素a、有色可溶有机物、溶解氧和透明度等.虽然遥感为湖泊水质监测打开新思路,但是仍然存在问题：(1)遥感接受到的信号受到大气的影响,而大气校正算法不够成熟,需要更精确的大气校正来控制大气影响,消除大气和光照等对水体反射的影响;(2)受季节和空间制约,不同湖泊表面光学特性存在差异以及水中生物光学特性的差异性,利用有限实测数据建立的模型缺乏可移植性;(3)水生植物和外力作用(风力、鱼群等)的干扰,造成实测和模型估测之间的误差,而且数据的同步性难以保证,导致模型可靠性下降;(4)实测数据和遥感数据的时空尺度不匹配,难以捕捉动态精细的水质变化.因此,未来结合多源数据以及其他水文模型,深入研究水体中各组分的光学特性,优化反演算法,发展对实测数据依赖程度低的反演算法,构建可迁移的反演模型,打破模型地域局限,推动湖泊水体污染监测预警业务化发...     

滇池水体中透明度的遥感定量模型研究

研究利用滇池 1999年 4月 14日陆地卫星TM数据与准同步全湖面监测资料 ,对滇池全湖水体透明度与不同波段遥感值的关系进行了关联度分析 ,并据此建立了TM图像遥感透明度水质模型 ,该模型被成功地应用于滇池水体透明度的遥感动态监测。     

四十里湾透明度的遥感估测模型研究

以四十里湾为研究区,通过对2009年6月四十里湾海域实测高光谱数据的分析处理,得到一阶差分光谱和二阶差分光谱。分别对遥感反射率及其一阶、二阶差分光谱与实测透明度进行相关分析,发现后者的相关系数比前两者高出约11%,达到0.88。研究表明:用695 nm处的二阶差分光谱建立的透明度估测模型的决定系数、均方根误差和平均相对误差分别为0.79、0.1 m和7.9%,高于单波段模型和多波段模型。利用同年4月同一海域的数据作为独立样本进行检验,验证模型的均方根误差和平均相对误差分别为0.34 m、16%。本研究结果为近岸水体透明度高光谱遥感反演提供了一种新方法。     

基于不同光谱主导因子的内陆湖泊水体叶绿素浓度三波段反演模型研究

利用分层聚类法,对实测的遥感反射率进行分类,结合固有光学特征和实测的水色要素,确定每种类别遥感反射率光谱变化的主导影响因子.根据太湖、滇池、三峡库区及巢湖的地面遥感实验,将其遥感反射率分为3类,类型一的光学特性由总悬浮物和浮游藻类共同主导,类型二的光学特性由浮游藻类主导,类型三的光学特性由悬浮物主导.根据每类水体光学特征的差异,分别建立叶绿素浓度的三波段反演模型,反演的平均相对误差为23.8%,均方根误差为8.5 mg/m3,其反演精度要高于未经分类而直接建立的三波段模型.     

内陆水体叶绿素反演模型普适性及其影响因素研究

利用具有较大时空差异性的水体组分和光学特性数据集对现有叶绿素半分析(三波段和四波段模型)和生物光学反演模型进行检验,研究叶绿素反演模型的普适性及其影响因素.结果表明,叶绿素生物光学分析反演模型具有较高的普适性,总体反演精度可以接受,但反演精度受叶绿素比吸收系数时空差异影响较大;三波段和四波段叶绿素反演模型反演精度较高,但是由于水体组分组成及其生物光学特性差异使得反演因子最佳波段位置和反演模型参数存在较大的变异性,大大降低了三波段和四波段叶绿素反演模型的普适性,其中后向散射系数光谱曲线形状和叶绿素比吸收系数是三波段和四波段模型普适性的主导影响因素.     

基于HJ1A-CCD数据的高光谱影像重构研究

遥感影像高光谱重构可以从较少的光谱波段还原出丰富的高光谱信息,为水环境遥感提供更加适用的数据源,对内陆水体水色遥感具有重要意义.利用2009年6月13日获取的HJ1A-HSI和HJ1A-CCD数据,构建HJ1A-CCD数据的高光谱重构模型,重构结果表明:①与地面实测数据相比,重构数据和HJ1A-HSI数据在660～900 nm波长范围内的平均相对误差分别为0.305 1和0.337 7;②重构影像信息熵和平均梯度都高于HJ1A-HSI影像.此外,分别利用HJ1A-HSI数据和重构数据建立叶绿素a浓度的三波段反演模型,发现重构数据能得到更高的反演精度.     

利用Hyperion高光谱数据的三波段法反演太湖叶绿素a浓度

以2004-08-19太湖野外试验所获取的水质数据(叶绿素a浓度7.8~154.3μg.L-1,总悬浮物浓度65.0~190.2 mg.L-1,N=38)和同步的Hyperion星载高光谱数据为研究对象,利用三波段算法反演太湖水体的叶绿素a浓度.通过分析太湖固有光学量的特点,提出适用于太湖的3个特征波段的选择依据,并对波段进行优化计算,在此基础上建立了三波段统计模型,最后对模型的反演精度进行分析与评价.结果表明,Hyperion的B34(691.37 nm)、B37(721.90 nm)和B50(854.18 nm)组成三波段模型变量与叶绿素a浓度具有最高的相关系数(r=0.934),模型的决定系数(R2)和均方根误差(RMSE)分别为0.872和13.93μg.L-1,其反演精度优于传统经验统计模型,如比值模型(R2=0.844,RMSE=15.41μg.L-1)和一阶微分模型(R2=0.831,RMSE=16.00μg.L-1).研究结果证实了三波段法适用于内陆富营养化浑浊水体和Hyperion高光谱数据,为今后更精确地反演内陆水体的叶绿素a浓度提供了参考依据.     

2003-2020年黄海水体透明度时空变化特征及影响因素研究

海水透明度是描述水体光学性质的重要参数,也是海洋环境质量的评价指标。本文基于三波段模型,反演了2003-2020年黄海水体透明度。结果表明,透明度呈近岸向远海逐渐增加的特征,黄海西部为低值区,南黄海中部为高值区。在时间上,透明度呈现下降的趋势。经验正交函数分析表明,第一模态与叶绿素a浓度相关性最强,与悬浮物浓度的相关系数较高,说明海水透明度的变化主要受水体光学组分的影响。第二模态和第三模态表明,海表温度、海表盐度是引起透明度变化的主要协变量。水体透明度长期监测是水质监测和海洋生态系统保护的重要内容。     

遥感技术在湖泊水质监测中的应用

环境污染遥感监测技术具有监测范围广、速度快、成本低,且便于进行长期的动态监测等优点,是实现宏观、快速、连续、动态地监测环境污染的有效方法,已成为湖泊环境动态变化监测的重要技术手段.湖泊水质遥感监测是基于经验、统计分析或水质参数的光谱特征,选择遥感波段数据与地面实测水质参数数据进行数学分析,建立水质参数反演模型实现的.在运用遥感技术对湖泊进行水质监测的方法中有传统方法和神经网络模型.与传统方法相比,神经网络模型有较强的水质识别的容错性,水质状况识别的可信度.今后,神经网络模型、高光谱遥感技术以及RS与GIS、GPS的结合运用等将是遥感技术在此领域中的发展方向.     

渤、黄海叶绿素a浓度垂向分布特征分析与量化研究

叶绿素a（chlorophyll a, Chl a）是浮游植物的重要组成部分,其浓度垂向分布对海洋初级生产力估算、水下辐射传输过程等研究具有重要意义。本文基于渤、黄海现场实测数据集,研究了渤、黄海区域Chl a浓度垂向分布的变化特征,并构建了Chl a浓度垂向分布量化模型。结果表明,渤、黄海Chl a浓度垂向分布类型可分为均一型和高斯型,春、冬季均一型分布占主导,夏季高斯型分布占主导。针对Chl a浓度垂向分布类型,本文提出了基于海表面温度、表层Chl a浓度的分类方法,该方法能够有效区分渤、黄海Chl a浓度的垂向分布类型,分类整体精度达82%。构建的针对高斯型的Chl a浓度垂向分布量化表达模型表现出良好的精度,对于90%以上样本,模拟拟合剖面与现场测量剖面具有很好的一致性,决定系数R2在0.80以上,相应的拟合平均绝对百分比误差在30%以内;同时,本文建立了基于海洋环境要素（表层Chl a浓度和深度）的高斯模型参数的估算方法。     

E420在南海岛礁海水环境腐蚀行为规律研究

目的 研究E420低合金钢材料在南海岛礁海水环境中的腐蚀行为规律。方法 通过外场暴露试验,分析E420钢在南海岛礁飞溅、潮差和全浸区带暴露0.5、1、1.5、2 a后的腐蚀形貌与动力学规律,并建立腐蚀速率灰色预测模型GM(1,1)。结果 随暴露周期的延长,南海岛礁不同海水区带环境下,E420的腐蚀速率呈下降趋势,点蚀深度则整体达到一个较高的水平。飞溅区腐蚀速率数值最大,远大于一般海域,潮差次之,全浸最小。灰色模型GM(1,1)的腐蚀速率预测值与实测值相对误差低于25%。结论 南海岛礁不同海水区带E420腐蚀严重,以飞溅尤为严酷,锈层防护作用有限。腐蚀随时间倾向于不均匀发展。灰色模型GM(1,1)用于预测岛礁海水环境腐蚀可以取得较好的结果?     

黄渤海氮磷营养盐的分布、收支与生态环境效应

基于在黄渤海的综合调查结果,分析了水体和沉积物间隙水中溶解无机氮（DIN）和溶解无机磷（DIP）的分布;结合历史数据构建了黄渤海DIN和DIP的收支模型,并分析了陆源输入变化对研究区域生态环境的影响.结果表明,黄渤海DIN和DIP的含量受季节、河流输入和沉积物界面扩散作用的影响,具有秋季高于春季和近岸高于离岸的时空分布特征.收支模型计算结果表明,底界面扩散是黄渤海水体DIN的主要来源,其次是大气、周边河流、地下水和东海的输入;黄渤海水体DIN的支出主要是通过沉积埋藏和反硝化.黄渤海水体DIP的来源主要是磷酸盐吸附解吸,占91%,底界面扩散和大气输入为其次,河流和地下水的输入贡献较小.DIP的支出主要是通过沉积埋藏和向东海的输出.黄渤海每年有11Gmol的氮在水体积累,并导致其浓度提高约0.6μmol/（L·a）.近些年来陆地向黄渤海输入氮的持续增加,加剧了氮营养盐的积累,导致非硅藻类浮游植物比例以及赤潮发生频率和面积显著增加,同时还提高了水体初级生产力和海洋磷的埋藏量以及加剧了磷限制的趋势,并可能威胁生态系统的稳定.     

黄海硅的分布与收支研究

基于2012年在黄海的综合调查,对黄海水体和沉积物中溶解硅和生物硅的含量和分布及主要影响因素进行了分析,并结合历史数据建立了黄海硅收支与循环的模型.结果表明,黄海水体溶解硅和生物硅在秋季均高于春季,生物硅占活性硅的22%,陆源输入、初级生产和底界面扩散对硅的含量和分布的影响较为突出.收支表明,底界面扩散是黄海水体溶解硅的主要来源,占外部输入的48%,其次是东海的输入,占32%,河流贡献为9%,地下水贡献为6%,地表径流(非河流部分)贡献为3%,渤海贡献为1.5%,大气仅贡献0.5%;黄海水体溶解硅的支出主要是通过生物的吸收与随后的沉积埋藏和向东海的输出,其比例分别为72%和27%,黄海向渤海输出比例仅为1.0%;黄海沉积物是水体溶解硅的源,同时黄海体系还具有潜在汇的特性;黄海硅的净埋藏量约为55×109mol/a,占当年生物硅总量的7.2%,高于全球海洋的平均比值(3%),是外部输入硅总量的47%.本研究量化了黄海硅循环的主要过程,初步揭示了硅的源-汇特征以及陆地输入对近海硅收支与循环的影响.     

春季黄东海颗粒有机碳的时空分布特征

根据2009年4～5月对黄东海大面积调查的资料,分析研究了黄东海颗粒有机碳（particulate organic carbon,POC）的浓度和时空分布特征,并结合叶绿素（Chlorophyll a,Chl-a）和C/N摩尔比值探讨了POC的主要来源.结果表明,春季黄东海POC的浓度范围是24.33～2 817.29...     

秋季渤海和北黄海海水中挥发性卤代烃的分布与通量

使用吹扫-捕集气相色谱法于2013年11月对渤海和北黄海海水中4种常见的挥发性卤代烃(VHCs)浓度进行了分析。结果表明:秋季渤海和北黄海表层海水中CHBr2Cl、CHBr3、C2HCl3和C2Cl4的浓度平均值和变化范围分别为7.03(4.23~12.63) pmol/L、19.61(5.99~55.00) pmol/L、20.37(1.68~58.25) pmol/L和41.03(10.84~96.94)pmol/L。受生物生产、人为输入、陆地径流等因素的共同作用,4种VHCs浓度呈现出不同的空间分布特征,总体表现为渤海海域由北向南递减,北黄海海域山东半岛以北、鸭绿江口浓度较低的特点。受地理位置和水文条件的影响,不同站位VHCs浓度在垂直分布上有较大差异,但最大值均出现在真光层。周日变化研究表明:VHCs在13:00和17:00浓度较大,7:00和21:00浓度较低,说明VHCs生产释放受光照和潮汐等因素的共同影响。采用Liss和Salter双膜模型估算了CHBr2Cl、CHBr3、C2HCl3和C2Cl4的海-气通量,结果分别为36.28(0.13~109.54)nmol/m2d、85.96(-8.9~308.61)nmol/m2d、191.71(0.10~386.67)nmol/m2d和285.14(0.19~914.85)nmol/m2d,表明在调查期间渤海和北黄海是大气中CHBr2Cl、CHBr3、C2HCl3和C2Cl4的源。     

基于半分析模型的滇池藻蓝蛋白浓度反演

藻蓝蛋白色素(phycocyanin,PC)存在于蓝藻中,由于这种色素在620 nm处有较强的吸收,可以用来作为检测蓝藻含量的指标.利用2009年9月19～20日在滇池实地采样获得的实测光谱数据和水质参数数据,结合前人提出的半分析嵌套模型,建立了适用于滇池的藻蓝蛋白色素浓度反演的半分析模型;建立了620 nm波长处的藻...     

渤海鳀鱼产卵场关键影响因素识别及变迁预测

为识别影响渤海鳀鱼产卵场分布的关键因素并预测产卵场的未来变迁,采用地理加权回归（GWR）方法,建立了渤海鳀鱼产卵场分布的GWR回归模型,分析了鳀鱼鱼卵分布与环境因子的关系,进而结合海表温度、盐度变化趋势,预测了未来渤海鳀鱼产卵场空间分布的变迁.结果表明,表层海水的温度、硅酸盐浓度、盐度和海水深度是对鳀鱼产卵场分布贡献较大的因素,其回归系数平均值依次为1.296、-1.133、-0.374和0.521,在未来海表温度、盐度变化情景下,一方面,渤海鳀鱼产卵场总面积将呈现缩小的趋势,最大可收缩为现有面积的47%,特别是渤海湾东北部鳀鱼产卵场明显收缩;另一方面,鳀鱼产卵场的密集区会发生迁移,如在辽东湾将出现新的产卵场密集区.GWR方法可以识别变量的空间非平稳性,应用其预测鳀鱼产卵场的未来变迁,可为渤海生态综合管理提供科学依据.     

冬季黄渤海DMS、DMSP和CH4的分布及影响因素

于2017年12月~2018年1月现场测定了黄、渤海表层海水中二甲基硫（DMS）、二甲巯基丙酸内盐（DMSP）以及溶解甲烷（CH₄）的含量，对DMS、DMSP及CH₄的浓度分布和相互关系进行了研究.通过培养实验探究了DMSP降解对DMS和CH₄生成的影响，并估算了DMS及CH₄的海-气通量.结果表明，表层海水中DMS、DMSPd、DMSPp及CH₄的平均浓度分别为（1.39±1.21），（2.87±1.54），（5.59±4.64），（6.91±2.77）nmol/L.DMS、DMSP与Chl-a水平分布基本一致，均呈现近岸高、远海低的趋势.垂直分布上，DMS、DMSP浓度最大值均出现在浅水层，而CH₄浓度则随深度的增加而增大，至底层达到最大值.相关性分析表明，DMS、DMSPp与Chl-a存在显著的正相关关系，CH₄与DMSPd、DMSPp浓度均存在一定的正相关性（P<0.05）.培养实验结果表明，海水中本底DMSPd的浓度越高，DMS的生产速率越大.冬季黄、渤海DMS和CH₄海-气通量的平均值分别为（2.73±3.18），（8.14±7.68）μmol/（m²·d），表明冬季黄、渤海是大气中DMS、CH₄重要的源.     

查干湖富营养化状况高光谱遥感评价研究

通过分析查干湖水体水质参数与其高光谱反射特征之间的响应关系,采用单波段与波段比值等算法分别建立了湖水水质的高光谱定量反演模型;同时结合修正营养状态指数(TSIM)模型,针对水质参数的实验室数据和高光谱模型模拟数据,对查干湖富营养化程度进行了监测和评价,并进行了验证.结果表明:1)利用高光谱监测模型对湖泊富营养化状况进行监测和评价,能够获取较为准确的评价结果;2)单项指数评价法由于只针对一个指标进行评价,不适合用来进行水体富营养化评价,采用修正营养状态指数TSIM(AVE)方法,可以对查干湖水体富营养化程度进行正确的评价.评价结果显示,查干湖水体处于富营养化状态,需要采取措施防止进一步恶化.