海洋水色遥感大气校正算法研究进展

本文针对Ⅱ类水体的光谱特性和海洋现象的特点,综述了Ⅰ类水体及近岸Ⅱ类水体的主要大气校正算法,并介绍了各种算法的适应范围和优缺点.通过对水色卫星传感器的技术发展现状的介绍,详细整理了目前主要卫星的大气校正算法,概述了Ⅱ类水体水色反演算法的研究现状和发展方向.并根据我国近海的水体特点提出了水色遥感研究需要解决的关键问题.     

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。     

辽东湾MODIS生物光学算法研究(Ⅰ)算法适用性评估

辽东湾是典型的复杂二类水体,我们利用2002～2004年在辽东湾现场实测的叶绿素a数据(分光法、荧光法和HPLC法),以及水面之上法现场实测的离水辐射率和遥感反射率数据模拟的MODIS各相应波段值对MODIS海洋水色算法进行了评估.评估的MODIS生物光学算法有四个,即CZCS_pigm、chlor_MODIS、chlor_a_2和chlor_a_3算法.结果表明,两个一类水体生物光学算法(CZCS_pigm和chlor_MODIS)反演值与分光法和荧光法测试分析结果相比,算法均低估了叶绿素a浓度,与HPLC分析结果相比算法高估了叶绿素a浓度;两个二类水体算法(chlor_a_2和chlor_a_3)与所有叶绿素a分析方法相比,均高估了叶绿素a浓度.根据MODIS生物光学算法在辽东湾的具体表现,我们认为HPLC法分析的叶绿素a浓度更适合于作为海洋水色算法评估的现场检验依据.叶绿素a浓度的反演值和实测值之间较低的相关系数则显示MODIS两个一类水体算法所采用的波段比值不适合本海区.     

珠江口水体表观光谱特性与类型分析

珠江口海域是典型的二类水体,光谱特性复杂,一直是国内学者研究的热点区域。本文基于2014年春（5月）、夏（8月）、秋（11月）、冬（2月）珠江口海域四个航次实测的表观光谱资料,探讨了珠江口海域遥感反射率的类型及时空分布特性。结果发现珠江口海域四季水体遥感反射率呈5大类型,每一类光谱都具有典型的区域性和季节变化特征,其谱峰在450~575 nm范围内随季节变化而移动,A类型常年分布在珠江口内,B类型冬春季节分布在珠江口外混合过渡类水体中,C类型主要分布在珠江口口门外水深较深的离岸海域,D类型春夏季在万山群岛附近海域出现,E类型与大洋水体的光谱特征类似。分析表明5种光谱类型的谱型变化趋势由不同的水质因子主导。该研究对深入探讨珠江口等我国近海二类复杂水体的光谱特性及其水色要素的遥感反演具有重要的参考价值。     

环厦门海域水色变化的多光谱多时相遥感分析

采用基于影像光谱信息建立的水质遥感模型对环厦门海域1989～2003年间的水色变化进行了分析.通过对水体及其所含物质的物理光学性质分析,水质遥感模型的建立可以不依赖于和卫星同步的水质采样数据建立水质遥感.这使得遥感对水色分析的应用更容易,而且还可以利用大量卫星存档数据来进行水质的历史变化分析.使用基于可见光和近红外波段反射率创建的模型研究了离水信号和水中物质(悬浮物和浮游植物)的关系.提出了一套可用于Landsat TM/ETM 和SPOT 5影像的水专题处理流程,并用于揭示所研究海域中悬浮物和叶绿素浓度的时空变化规律.研究表明,利用基于影像光谱的水质遥感模型,可以快速有效地揭示长时间范围内水色的时空变化.总的看来,环厦门海域的悬浮物浓度在所研究的时期内,有显著的增加,叶绿素的浓度在局部也有明显的升高.最明显的是,高悬浮物浓度的海域面积所占的比例从1989年的0.2%上升到2003年的10.2%.综合分析表明,九龙江河口所带来的巨量悬浮物是该海域最主要的陆源排海物和污染源,过度的水产养殖是另一个主要的污染因子.     

辽东湾MODIS生物光学算法研究(I) 算法适用性评估

辽东湾是典型的复杂二类水体,我们利用2002~2004年在辽东湾现场实测的叶绿素a数据(分光法、荧光法和HPLC法),以及水面之上法现场实测的离水辐射率和遥感反射率数据模拟的MODIS各相应波段值对MODIS海洋水色算法进行了评估。评估的MODIS生物光学算法有四个,即CZCS_pigm、chlor_MODIS、chlor_a_2和chlor_a_3算法。结果表明,两个一类水体生物光学算法(CZCS_pigm和chlor_MODIS)反演值与分光法和荧光法测试分析结果相比,算法均低估了叶绿素a浓度,与HPLC分析结果相比算法高估了叶绿素a浓度;两个二类水体算法(chlor_a_2和chlor_a_3)与所有叶绿素a分析方法相比,均高估了叶绿素a浓度。根据MODIS生物光学算法在辽东湾的具体表现,我们认为HPLC法分析的叶绿素a浓度更适合于作为海洋水色算法评估的现场检验依据。叶绿素a浓度的反演值和实测值之间较低的相关系数则显示MODIS两个一类水体算法所采用的波段比值不适合本海区。     

秦皇岛海域微微藻褐潮遥感监测方法初探

微微藻褐潮在我国是一种新出现的海洋生态灾害。本文针对秦皇岛海域微微藻褐潮高发区,探讨利用卫星遥感技术监测微微藻褐潮的可行性。首先利用MODIS数据反演秦皇岛海域叶绿素a（Chl a）浓度和海面温度（SST）判别水色异常区域,然后通过HJ-1号卫星真彩色影像中褐潮水体与非褐潮水体之间的水色差异,综合判读褐潮,最后以2014年5月秦皇岛海域的卫星遥感数据为实验数据进行实例研究。结果表明,当Chl a≥2.5 mg/m3和15℃≤SST≤25℃时为海水水色异常阈值,并且褐潮水体在HJ-1号卫星真彩色影像中呈明显的黄绿色,该综合判别法用于微微藻褐潮监测是可行的,这为进一步开展微微藻褐潮业务化监测奠定了基础。     

基于TM数据北京城区水体叶绿素a浓度反演方法研究

叶绿素是城市水体富营养化的重要表征参数.以北京城区重点水体为研究对象,利用2011年6月8日TM遥感影像及同步获取的实测数据,在对TM数据进行几何校正和大气校正等预处理的基础上,选取相关性最大的TM2/(TM1 +TM4)波段组合进行叶绿素a浓度反演;利用2008 ～ 2010年的历史TM影像及人工水质站点准同步的实测数据,对模型的精度及适用性进行分析得出:回归模型适用于30 m以上的北京城区水体叶绿素a浓度监测,相对误差为17.04％.     

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.     

厦门海域水体悬浮物遥感反演算法研究

通过现场实测厦门海域水体遥感反射率及水体悬浮物浓度,分析了该海域水体的遥感反射光谱特征,选取了特征波段及组合建立了该海域水体悬浮物浓度反演模型。本文经过对比分析水体中呈悬浮态的总颗粒物质量浓度的不同反演方法,最后得出悬浮颗粒物在近红外波段的反射曲线的反射率高值和低值围成的区域面积可较好的反演研究区域的悬浮颗粒物浓度,其统计回归模型的决定系数是0.66,该反演算法的RMSE是10.25mg/L,相对误差是7.79mg/L。     

近岸海域水色算法真实性检验的不同叶绿素a测试方法换算模型

现场叶绿素a浓度是卫星水色遥感算法真实性检验的重要依据.测试方法不同,对遥感反演的叶绿素浓度对比有较大的影响.本文依据海洋监测规范和NASA的海洋光学观测规范采用三色光分光光度法、荧光光度法和HPLC法对辽东湾、大连湾水样的同步分析,建立了分光法与荧光法、分光法与HPLC法、荧光法与HPLC法得到的叶绿素a浓度换算模型,各相关系数均高于0.8,显示了良好的一致性.     

SeaWiFS资料水色辐射模式验证的研究

从１９９４ 年～１９９７ 年，作者对杭州湾与长江口海区、台湾至吕宋以东海区和渤海海区，进行了多次光谱测量和同步取样试验，将试验所得资料经计算机处理，确定了三种验证区域各种水色要素与遥感光谱值之间的关系，提出适用于我国验证区域各种水色的验证模式。其各水色模式验证偏差均小于２０％ ，并适用于我国海域ＳｅａＷｉＦＳ水色遥感应用。     

黄渤海上空气溶胶类型判别及其成因分析

气溶胶是大气环境的重要组成部分,其对天气和气候变化有重要影响,对人类健康也有危害.对气溶胶类型的区分有利于判别气溶胶的来源,这对控制气溶胶污染源、改善区域环境质量有重要的推动作用.本文基于黄渤海区域6个观测点的实测数据和卫星遥感数据,采用聚类分析方法对黄渤海上空的气溶胶进行分类,并采用拉格朗日轨迹追踪法判定气溶胶的来源.研究发现,黄渤海上空的气溶胶类型以清洁大陆型和生物燃烧以及城市/工业型为主,陆源输入是黄渤海上空气溶胶的重要来源.清洁大陆型的气溶胶在黄海中部的贡献率相比于其余海域偏低,这也间接表明近岸的气溶胶更易受到来自陆地的影响,离岸区域受陆地的影响相对较小.     

基于Sentinel-2数据的近岸高悬沙水体漂浮绿潮遥感识别

黄海浒苔绿潮自2007年以来连年暴发。为筛选跟踪监测绿潮发生、发展过程的遥感识别方法,本研究使用Sentinel-2 MSI多光谱数据,在分析漂浮绿潮及背景高悬沙水体光谱特征的基础上,利用归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）、漂浮藻类指数（floating algae index,FAI）、虚拟基线漂浮藻类指数（virtual baseline floating macroalgae height,VB-FAH）等多种遥感指数算法开展漂浮绿潮识别,比对分析了各算法的监测效果。结果显示,Sen2cor大气校正后地物光谱曲线峰谷特征显著,与实测光谱谱型的相似度明显提升;以近红外和绿光波段反射率差值为基础的VB-FAH指数算法可在一定程度上降低高悬沙水体对近红外和红光通道反射率的影响,漂浮绿藻识别效果比NDVI及FAI指数更好。本研究可为高悬沙水体漂浮绿潮遥感识别提供技术支持。     

渤海非色素颗粒物和黄色物质的吸收特性研究

非色素颗粒物和黄色物质的吸收是海水总吸收系数中重要的组成部分,也是海洋光学和水色遥感目前主要的研究内容.本文利用2005年测量的渤海黄色物质与非色素颗粒物的吸收系数,回归了两者吸收系数的曲线斜率,平均值分别为0.012和0.014 nm-1,这与国外测量的结果是一致的;分析了吸收系数和曲线斜率的时空分布,发现两者存在比较明显的负相关关系,可能是由于非色素颗粒物与黄色物质的两种来源导致的.     

滇池水体中总悬浮物含量的遥感定量模型

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 ,对滇池全湖水体总悬浮物含量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图像遥感总悬浮物水质模型 ,该模型被成功地应用于滇池水体总悬浮物的遥感动态监测。     

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.     

东中国海表层海水微塑料分布特征及其来源综述

微塑料作为一种新型污染物,对环境、海洋生物、人体健康等均会产生潜在危害,因而引起国内外学者的广泛关注。本文基于公开发表的文献资料,剖析东中国海表层海水微塑料的丰度分布以及粒径、颜色、形状、种类组成特征,总结东中国海微塑料污染概况,进而分析微塑料可能的来源。研究表明,东中国海表层海水微塑料丰度整体变化幅度小,沿岸局部及河口附近海域丰度高。其中,渤海表层海水微塑料分布较为均匀,渤海海峡以及靠近陆地处略高;黄海局部（青岛近岸、桑沟湾海域）丰度较高,其余海域丰度与渤海相近,南部略高于北部;东海沿岸河口附近丰度明显升高,从沿岸向海呈降低趋势。渤海表层海水微塑料粒径组成以小于1 mm为主;黄海以小于0.5 mm为主;东海以0.5～1 mm和1～5 mm为主。东中国海各地表层海水微塑料的颜色组成差异大,形状组成以纤维状为主,种类组成以聚乙烯和聚丙烯为主。     

苏南大运河水污染遥感研究

为了苏南环境和运河整治,并对水污染遥感的方法、原理进行较系统的研究,我们采用地面同步监测及光谱测量、高空（卫星遥感）、低空（大比例尺彩红外航空遥感）相结合的立体监测系统,对苏南大运河及水污染状况进行了全面调查与评价,获得了系统、完整的详细资料。并在水体污染遥感的若干重要问题如水体遥感的镜面反射、彩红片加工工艺和卫星、航空遥感的水质定量分析、有机污染遥感综合评价等方面取得了进展。