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。     

基于实测数据和卫星数据的黄东海透明度估测模型研究

海水透明度是描述水体光学特征的一个重要参数,也是海洋水质调查中的一个重要指标。利用2个航次的黄东海透明度数据和MODIS遥感反射率数据,进行了黄东海透明度的遥感反演研究,建立了透明度单波段模型、波段比值模型、三波段模型以及基于固有光学特性的半分析模型。结果表明,三波段模型具有较高精度,反演值与实测值之间的平均相对误差为19%、决定系数为0.719、均方根误差为1.47m。黄东海透明度估测模型的建立,有利于利用遥感影像对黄东海透明度进行全面估测,对于监测黄东海水质状况具有重要意义。     

福建近岸海域悬浮泥沙浓度遥感定量监测研究

论文在分析MODIS数据对海洋水体反射光谱特征的基础上,选用合适的探测波段构成悬浮泥沙遥感参数,并根据2003~2004年福建近岸海域海洋监控区内9个站点的海洋水色数据建立悬浮泥沙浓度遥感定量反演模式。利用已建立的模式对2001~2005年福建近岸海域悬浮泥沙浓度进行遥感反演,根据反演结果分析该海域悬浮泥沙浓度的分布及其变化特征,着重分析闽江口海域的悬浮泥沙运动特点。结果表明:福建近岸海域悬浮泥沙浓度与基于MODIS蓝光(0.438~0.448μm)和绿光(0.545~0.565μm)探测波段数据构成的遥感参数呈指数函数关系,定量反演效果比较理想,反演结果能客观地揭示福建近岸海域悬浮泥沙的浓度分布及其变化特征,为今后对该海域悬浮泥沙运动规律的深化研究奠定了基础。     

黄海北部四十里湾微塑料污染特征研究

海洋微塑料污染现已成为被高度关注的全球环境问题之一。本文研究了北黄海近岸区域——四十里湾周边包括潮滩、海水以及河流中的微塑料污染情况。调查发现,四十里湾微塑料在表层水、河流和潮滩中的平均丰度分别是（5.2±1.6） N/L、5.2 N/L和（163.2±151.3） N/kg（干重）。微塑料类型以纤维类为主,主要来源于养殖活动和河流输入,其次是碎片类、薄膜类、发泡类以及颗粒类,粒径分布中 < 1 mm的微塑料含量最多（>50%）。四十里湾水体和潮滩中的微塑料分布具有显著的空间差异,主要受养殖活动、生活和水动力的影响。未来需要更多数据以充分认识微塑料在近岸开放海湾的分布特征。     

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。     

光学复杂水体中水色参数反演的不确定性评价

湖泊水色遥感为大范围、长时序监测湖泊水质提供了可能性,遥感反射率对构建水环境参数反演模型具有重要意义。该研究以太湖和乌梁素海为研究区,结合Landsat-8 OLI数据及已有的算法对透明度、悬浮物、藻华等参数进行验证,比较了不同级别反射率产品(大气顶部反射率(TOA)、经瑞利校正后的反射率(R_rc)、地表反射率(SR))在参数反演中的不确定性。结果表明：(1)浑浊水体反射率高于清澈水体,TOA在可见光波段反射率明显提升,R_rc和SR更符合水体光谱曲线特征,且R_rc稳定性优于SR;(2)透明度模型SDD_Song在乌梁素海的效果优于太湖,SDD_Zhang模型则相反,SPM_Cao模型在2个湖泊的精度均高于SPM_Wen模型,FAI_Rrc和FAI_SR结果具有一致性;(3)不同级别的反射率产品误差表现为TOArcrc     

MODIS时序影像的福建近岸叶绿素a浓度反演

叶绿素a(Chl-a)浓度是可以直接遥感反演的重要水质参数之一,常用来评价近岸水体的富营养化程度.为有效监测福建近岸水域中的叶绿素a浓度变化,本文利用MODIS时间序列影像数据,采用适用于小样本数据的机器学习方法随机森林(Random Forest, RF)和传统的特征波段比值(Band Ratio, BR)方法,结合时序浮标观测数据,在浮标观测站点有限的情况下,采用"以时间连续补空间稀疏"的建模策略,分别对福建近岸不同时相叶绿素a浓度进行遥感反演,并对反演结果进行验证与分析.结果显示RF、BR两种方法反演的均方根误差(RMSE)分别为0.49、0.52μg·L~(-1),平均绝对百分比误差(MAPE)分别为37.50%、50.20%,平均决定系数(R~2)分别为0.87、0.21.可见,基于MODIS时序影像的RF模型可较准确估测福建近岸叶绿素a浓度,且精度优于BR模型.在近岸水环境普遍恶化且浮标观测站点有限的情况下,本研究可提供一种有效监测叶绿素a浓度的方法,有利于福建近岸水环境(如赤潮)的遥感监测.     

香港近岸海域悬浮固体浓度空间变异特征的地统计分析

以香港近岸海域为研究区,基于2009~2012年HJ-1A/B CCD数据和实测数据,建立悬浮固体浓度遥感反演模型,运用地统计学方法对模型反演结果进行分析,探索研究区内悬浮固体浓度空间分布及其变异特征.结果表明:香港近岸海域北部深圳湾附近常年处于悬浮固体浓度的高值区,东北部珠江入海口海域悬浮固体浓度受季节影响明显,大屿山以南的南部海域的浓度值常年处于较低水平,并具有明显的季节特征.2009~2012年的地统计数据表明,香港近岸海域悬浮固体浓度值总体处于较低水平,月均值为12.25mg/L,由北向南递减趋势明显.全年大部分时间空间变异特征明显,空间自相关性较强,其中3月份的块金值/基台值最小,仅约为0.0005.     

香港近岸海域悬浮固体浓度空间变异特征的地统计分析

以香港近岸海域为研究区,基于2009~2012年HJ-1A/B CCD数据和实测数据,建立悬浮固体浓度遥感反演模型,运用地统计学方法对模型反演结果进行分析,探索研究区内悬浮固体浓度空间分布及其变异特征.结果表明:香港近岸海域北部深圳湾附近常年处于悬浮固体浓度的高值区,东北部珠江入海口海域悬浮固体浓度受季节影响明显,大屿山以南的南部海域的浓度值常年处于较低水平,并具有明显的季节特征.2009~2012年的地统计数据表明,香港近岸海域悬浮固体浓度值总体处于较低水平,月均值为12.25mg/L,由北向南递减趋势明显.全年大部分时间空间变异特征明显,空间自相关性较强,其中3月份的块金值/基台值最小,仅约为0.0005.     

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。     

基于HJ-1卫星的丹江口库区水质遥感监测研究

丹江口水库作为南水北调中线工程的水源地,其水质安全将直接影响到调水工程的成败。利用不同水质具有不同光谱特征的特点,采用遥感技术对水域水质进行大范围、准确、快速监测。根据丹江口库区2011年3月、7月、2013年3月、9月4景HJ1A/B卫星遥感影像,结合同步的地面实测水质数据,采用经验反演模型对丹江口水库叶绿素a浓度、水体悬浮物浓度和水体透明度进行了定量遥感反演研究。结果显示,由于2011年受到长江中下游区域重大旱情影响,汉江入库流量较小,造成丹江口水域面积减少;同年相比,水体叶绿素a浓度枯水期比丰水期高;2013年相比2011年水体叶绿素a浓度略有上升;丹库、汉库入库口的水体悬浮物浓度要高于其他区域,主要由于入库口的水流量较大,水体扰动较强。入库口区域较高的悬浮物浓度造成水体透明度要低于其他区域,丹库水域面积大,有利于悬浮物沉积,因此丹库水体透明度高于汉库。     

太湖悬浮物对水体生态环境的影响及其高光谱反演

利用太湖水质参数数据、水面以下实测光谱数据以及水-气界面辐射传输模型,计算得到了水体漫射衰减系数和水面以上遥感反射比,探讨了悬浮物对水体中营养盐以及水下光照等水体环境因子的影响,在此基础上,利用水面以上遥感反射率建立了悬浮物浓度的定量反演模型.研究结果表明:悬浮物浓度与水体下行漫射衰减系数具有很好的相关性,在可见光波段相关系数达到0.8以上,与真光层深度具有很好的负指数关系;水面以上遥感反射比与悬浮物浓度对数(In(Tss))具有很好的相关性,在500～600nm范围内呈负相关,在620-882nm范围呈正相关,最大负相关出现在522nm附近,最大正相关出现在692nm附近;选用Rra(522nm)、Rra(692nm)以及其比值作为变量建立悬浮物反演模型,得出的单波段线性对数模型能够较好地反演悬浮物浓度.     

结合水体光学分类反演太湖总悬浮物浓度

本研究利用2008年11月、2009年4月、2010年5月及2010年8月的太湖水体原位观测数据,在对光学复杂水体进行光学分类的基础上,分别建立了针对各个类别水体的总悬浮物浓度高光谱反演模型.通过对每类水体中各个模型的性能比较,分别得到各类水体的最优模型:第一类水体,比值模型为最优模型;第二类水体,半分析模型2为最优模型;第三类水体,一阶微分模型为最优模型.同时,比较分类前后模型的精度和稳定性,结果表明分类后,两者均表现出不同程度的提高,并且分析了光学分类导致半分析模型精度下降的原因.最后针对本研究的结果在遥感数据上的适用性进行了探讨,表明在高光谱遥感数据上有很大的应用潜力.本研究结论对光学复杂湖泊水体的水色遥感具有积极重要的意义.     

探讨遥感反演模型技术在水质参数监测中的具体应用

叶绿素a(Chl-a)是江河湖泊水体水质状况评价的重要指标之一。本文以妫水河为研究区,利用实Chla浓度数据和同步的环境一号卫星(HJ-1A)多光谱数据对妫水河水体Chl-a浓度的遥感反演模型进行研究,结论对于提高遥感反演的精度,并为妫水河的水质遥感监测提供技术和方法参考。     

基于GF-1 WFV影像和BP神经网络的太湖叶绿素a反演

叶绿素a浓度是可直接遥感反演的重要水质参数之一,常用来评价湖泊水体的富营养化程度.太湖是典型的二类水体,光学性质复杂,应用一类水体线性反演模式拟合较为片面且难以找到最佳拟合模型.BP神经网络模型具有模拟复杂非线性问题的功能.为研究高分一号卫星16m多光谱相机WFV4结合BP神经网络进行太湖叶绿素a浓度监测的可行性,实验利用GF-1 WFV4影像和实时的地面采样数据,建立了BP神经网络模型,同时采用波段比值经验模型进行对比.经精度检验,BP神经网络模型预测值与实测值之间的可决系数R2高达0.9680,而波段比值模型的R2为0.9541,且均方根误差RMSE由波段比值模型的18.7915降低为BP神经网络模型的7.6068,平均相对误差e也由波段比值模型的19.16%降低为BP神经网络模型的6.75%.结果证明,GF-1 WFV4影像应用BP神经网络模型反演太湖叶绿素a浓度较波段比值模型精度有所提高.将经过水体掩膜的GF-1 WFV4影像用于训练好的BP神经网络反演太湖叶绿素a浓度分布,结果显示,叶绿素a高浓度区集中分布在湖心区北部、竺山湾、梅梁湾区域,与之前的研究一致.本文研究结果验证了采用BP神经网络模型对GF-1 WFV4影像进行太湖叶绿素a浓度反演的可行性.     

烟台四十里湾海域营养盐和沉积物-水界面交换通量

利用2009年5月、7月、10月和2010年1月4个航次对烟台四十里湾养殖海域的调查资料,分析了该海域营养盐分布、季节变化、主要控制过程以及沉积物-水界面交换通量。结果表明,四十里湾海域营养盐的分布整体趋势是近岸高,由近岸向外部海域递减;受到陆源输入的影响,高值区出现在调查海域东部。DIN的季节变化表现出冬高、秋低、春夏居中的趋势,整体上变化不大;SiO3-Si和PO4-P浓度均为春季最低。在春秋季P为四十里湾浮游植物生长的限制性因素,在夏季,N/P>30,P也是一个潜在的限制因素。四个季度培养结果表明DIN总体上由上覆水交换到沉积物中;近岸区沉积物是PO4-P的汇;调查区域SiO3-Si的扩散方向均是从沉积物到上覆水中。四十里湾沉积物释放的SiO3-Si对初级生产力的贡献较小;与其他浅海环境相比,四十里湾沉积物-水界面的营养盐通量处于较低水平。     

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...     

基于高分1号杭州湾河口悬浮泥沙浓度遥感反演模型构建及应用

杭州湾高悬浮泥沙的实时快速遥感监测是河口沿岸水质保护的关键。本文利用杭州湾实测的高光谱及悬浮泥沙浓度数据,模拟高分1号卫星数据并分析不同波段组合的遥感反射率与悬浮物浓度之间的相关关系,开展杭州湾河口水体悬浮泥沙遥感反演模式的比较验证,得出适用于高分1号卫星的悬浮泥沙浓度的遥感反演模型,并利用该模型进行杭州湾河口跨海大桥水域悬浮泥沙浓度反演,研究发现跨海大桥对潮水稀释悬浮泥沙有一定影响,大桥两侧悬浮泥沙有明显差异。     

基于MODIS数据遥感反演呼伦湖水体COD浓度的研究

以呼伦湖为研究区域,采用回归分析方法遥感反演水体COD浓度并进行水体水质评价。分别选取2012年8月5日和2013年7月2日13个取样点的实测COD浓度值并结合同1天MODIS影像,建立了基于MODIS遥感影像的半经验回归模型并进行验证,COD浓度估算值与实测值相关系数R=0.75。反演结果较好,说明应用MODIS数据对呼伦湖水体COD浓度监测有较好的适用性。利用模型反演2013年5—10月呼伦湖水体COD浓度时间序列分布,结合GB 3838—2002《地表水环境质量标准》基本项目标准限值(COD)讨论呼伦湖水质,认为呼伦湖水体属于Ⅴ类水体。     

基于光学分类的太湖水体叶绿素a浓度高光谱遥感

利用2006年11月、2008年11月、2010年5月和8月的太湖水体原位观测数据,在对水体进行光学分类的基础上,分别建立了针对各个类别水体的叶绿素a浓度高光谱反演模型.通过对每类水体各个模型的性能比较,结果表明:第一类水体,四波段模型为最优模型;第二类和第三类水体,一阶微分模型均为最优模型.同时,也比较了水体分类前后模型的表现,表明水体分类后模型在精度和稳定性上都有不同程度的提高.本研究结论对光学复杂混浊湖泊水体的水色遥感具有参考意义.