基于Landsat 8影像估算新安江水库总悬浮物浓度

总悬浮物(total suspended matter,TSM)直接决定着水下光场分布,进而影响水体的初级生产力,其浓度也是水质和水环境评价的重要参数之一.本研究构建了基于Landsat 8影像数据的较为清洁的新安江水库TSM的遥感估算模型,并给出了该水体TSM浓度的空间分布特征.结果表明,对该水体TSM浓度较为敏感波段为Landsat 8第二、三和八波段,线性相关的决定系数分别为0.37、0.51和0.42.然而,以上任何一个波段都无法单独用于准确地提取该区TSM浓度,而利用以上3个波段构建的多元回归模型能够给出较为准确的估算结果,模型决定系数为0.92,平均相对误差为11%,均方根误差为0.16mg·L-1.新安江水库TSM浓度整体较低,变化范围为0.04~24.54 mg·L-1,平均浓度为2.19 mg·L-1.高浓度部分位于湖的边缘区以及一些湖湾枝杈,如:枫树岭水域、汾口水域、威坪水域、安阳水域、大墅水域、临岐水域等,主要是受入湖河流以及邻近水域采砂活动的影响.因此研究认为利用Landsat 8数据的3个波段,采用多元回归模型能够较好地估算较清洁水体的TSM浓度.     

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.     

基于生物光学模型的巢湖悬浮物浓度反演

根据2009年6月巢湖32个样点实测的遥感反射率、悬浮物浓度、吸收系数及散射系数等数据,分析巢湖水体各组分的吸收、散射等固有光学特性,确定悬浮颗粒物单位散射系数、后向散射概率等固有光学参数,构建基于生物光学模型的悬浮物浓度反演模型,并利用准同步获取的环境1号卫星CCD影像数据反演巢湖悬浮物浓度.结果表明,555 nm处悬浮颗粒物单位散射系数的平均值为0.48 m2/g,以555 nm为参考波长,建立指数衰减模型对悬浮颗粒物单位散射系数进行参数化,模型的决定系数可以达到0.99;此外,在760～900 nm(Band4)范围内,后向散射概率不具有波长依赖,其值稳定在0.051.利用所得到的表观及固有光学量构建巢湖水体遥感反射率模型,反演巢湖悬浮物浓度,得到实测值与反演值之间的相对误差随着浓度的增加而呈现下降的趋势,平均相对误差为17.25%,由此表明该方法适用于反演悬浮物浓度较高的湖泊水体;利用两景环境1号卫星CCD影像数据反演得到的巢湖悬浮物浓度主要在0～100 mg/L之间变化,其中6月13日巢湖悬浮物浓度40 mg/L的水域占到总面积的54.37%,而6月15日巢湖61.62%的水域悬浮物浓度40 mg/L,且这2 d巢湖悬浮物的分布与当时的气候变化一致.     

基于QAA算法的巢湖悬浮物浓度反演研究

QAA(quasi-analytical algorithm)算法基于辐射传输原理,估算水体后向散射系数,是目前较为成熟的半分析模型方法.2009年6月对巢湖水体进行野外实测,在获得遥感反射率、吸收衰减系数、悬浮物浓度(cTSM)等数据的基础上,构建了巢湖水体cTSM的近红外双波段反演模型,并将QAA算法计算得到的后向散射概率作为输入,以期提高cTSM的反演精度.结果表明,①对巢湖水体而言,807 nm和834 nm是构建近红外双波段模型的最佳波段,807 nm处的单位散射系数为0.411 m2.g-1,834 nm处的单位散射系数为0.395 m2.g-1;②利用QAA算法计算得到的巢湖水体的后向散射概率为0.029,将该值输入反演模型后,cTSM的反演精度与输入其他经验值相比得到明显提高,反演值与实测值的均方根误差RMSE和平均相对误差绝对值MAPE分别达到12.143 mg.L-1和24.378%;③在cTSM较高的站点(近似高于30 mg.L-1),利用近红外双波段模型反演的悬浮物浓度结果更为稳定和可靠.     

基于实测光谱的杭州湾悬浮物浓度遥感反演模式

悬浮物是我国近海水质遥感监测的主要参数之一.利用ASD地物光谱仪测量杭州湾水体的反射光谱,同步采集表层水样获取悬浮物浓度,模拟水色卫星MODIS和MERIS的波段设置提取遥感反射率,基于人工神经网络分别建立2种悬浮物浓度的遥感反演模式.实测结果表明,杭州湾水体中悬浮物浓度较高,泥沙含量远远大于叶绿素浓度,平均值分别为705 mg/L和1.164 mg/m³;2个监测站位的悬浮物浓度表现出时空上的差异,尤其是随潮汐变化的短周期变异十分显著;实测水体反射率光谱曲线在650～700 nm之间与800 nm附近分别出现峰值,光谱曲线一阶微分结果显示第一反射峰的位置随着悬浮物浓度增大向长波方向移动.基于神经网络建立的模拟算法充分利用了卫星不同通道的光谱信息,可以同时模拟水体中色素与非色素悬浮物的浓度,模型取得了较好的拟合效果,R²均大于0.95,可以应用于实际卫星遥感反演,尤其是MERIS数据,因其具有相对较高的空间分辨率,在近海水环境遥感监测中的应用前景更为广阔.     

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。     

基于无人机遥感和集成学习的苏州市河流悬浮物浓度反演

针对单一模型容易过拟合的缺陷,通过4种不同的集成学习策略实现多种机器学习方法之间的优势互补,从而提升模型的精度和泛化性,并以苏州市为研究区,无人机采集的多光谱遥感影像和实地测量的悬浮物浓度数据为基础建立集成学习反演模型.同时,4种常用的回归分析方法和3种经典的机器学习方法被作为对比方法以探究集成学习策略的有效性.结果表明,集成学习策略能够克服单一模型各自的缺陷,显著提升遥感反演的精度和泛化性,其中表现最优的集成学习反演模型的验证集决定系数达到0.821井相比回归分析方法提升38.21%,井相比单一机器学习方法提升16.79%.此外,集成学习方法反演的绝对误差集中于较小值,其绝对误差均值和中值均优于传统方法,以期提高城市悬浮物浓度反演精度,为无人机遥感河流悬浮物浓度反演提供指导.     

贻贝养殖区悬浮颗粒物浓度的卫星遥感反演研究

悬浮颗粒物(total suspended matter,TSM)是重要的水环境参数,影响着海水的透明度和初级生产力,因此总悬浮颗粒物的监测对于海洋牧场环境的评价具有重要意义。卫星遥感技术具有显著的时空观测优势,但目前尚无专门针对海洋牧场小尺度海域的TSM遥感产品。本研究以浙江嵊泗枸杞岛贻贝养殖区为研究对象,基于春、夏、秋、冬4个季节的调查实测数据,建立了面向Landsat-8卫星遥感影像的TSM浓度定量反演模型。验证结果表明,反演模型具有良好的估算精度,决定系数R²为0.72,均方根误差为6.59 g/m³,绝对偏差为0.72 g/m³,平均绝对百分误差为29.8%;进一步将其用于2021-2022年春、夏、秋、冬4个季节的Landsat-8影像,反演了贻贝养殖区及毗邻海域的TSM浓度遥感产品,分析了其时空变化特征。     

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.     

基于Landsat 8珠江口悬浮泥沙四季遥感反演与分析

本文利用2014年珠江口海域四个季度实测悬浮泥沙数据和Landsat 8多光谱遥感数据,进行了该海域四个季度的悬浮泥沙遥感反演与分析。反演结果表明,珠江口海域冬季悬浮泥沙浓度最低,分布从近岸向离岸逐渐递减;与冬季相比,受春季珠江口径流量逐渐增加的影响,悬浮泥沙含量有所增加,悬浮泥沙的整体状态呈现东北-西南走向的带状状态,平行于海域的西岸,沿着东南向逐渐降低;夏季珠江口为丰水期,受季节性上升流和径流量增大等因素的影响,悬浮泥沙含量达最大,高值区域主要分布在沿岸口门附近,近岸到离岸逐渐递减;秋季珠江口悬浮泥沙含量较少,高值主要集中在河口区域,这是由于秋季珠江口的径流流量减小,淡水冲击力不强,上升流减弱,高浓度主要集中在入海口和口门附近。     

Distribution of polycyclic aromatic hydrocarbons in sediments from Yellow River Estuary and Yangtze River Estuary, China

Surface sediment samples collected from twenty-one sites of Yellow River Estuary and Yangtze River Estuary were determined for sixteen priority polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) by isotope dilution GC-MS method. The total PAH contents varied from 10.8 to 252 ng/g in Yellow River Estuary sediment, and from 84.6 to 620 ng/g in Yangtze River Estuary sediment. The mean total PAH content of Yangtze River Estuary was approximately twofold higher than that of Yellow River Estuary. The main reasons for the di erence may be the rapid industrial development and high population along Yangtze River and high silt content of Yellow River Estuary. The evaluation of PAH sources suggested that PAHs in two estuaries sediments estuaries were derived primarily from combustion sources, but minor amounts of PAHs were derived from petroleum source in Yellow River Estuary. PAHs may be primary introduced to Yellow River Estuary via dry/wet deposition, wastewater e uents, and accidental oil spills, and Yangtze River Estuary is more prone to be a ected by wastewater discharge.     

悬浮颗粒物对黄河铜的生物有效性影响的研究

利用t检验分析了悬浮颗粒物对黄河水体中铜的生物有效性的影响.结果表明,虽然过滤后水样的EC50比未过滤水样的EC50高,但是过滤前后24h-EC50和48h-EC50在统计学上没有显著差异;而过滤前后72h-EC50和96h-EC50存在显著差异.通过分析,认为造成这种现象的原因有两个:(1)未过滤的水样泥沙含量阻碍了藻类的光合作用;(2)试验过程中水样的理化性质发生改变,导致颗粒物中吸附的铜再次发生了解吸现象。     

2008年调水调沙期间黄河下游悬浮颗粒物中磷的赋存形态

2008年调水调沙期间在黄河利津采集悬浮颗粒物样品,并采用水淘选法对样品进行了粒径分级,应用改进后的SEDEX法对颗粒物中磷的赋存形态进行了分析.结果表明,自生磷灰石磷和有机磷是调水调沙期间黄河悬浮颗粒物中磷的主要赋存形态;调水调沙期间悬浮颗粒物中总磷、弱吸附态磷、有机磷和非活性有机磷的含量低于非调水调沙时期,而碎屑磷...     

黄河三角洲河口区浮游植物组成及多样性分析

通过对2010年5月、8月、11月黄河三角洲主要河口浮游植物的调查,该水域共有浮游植物42种,以硅藻门所占比例较大;细胞密度为5.3×107～2.41×109ind/m3;生物多样性H为0.56～1.4,植物物种丰度指数D为0.06～0.36,均匀度指数J值均在0.5以上。结果表明:与莱州湾、渤海湾海域相比,黄河三角洲主要河口区浮游植物具有一定的淡水特征,种类组成及数量差异较大。黄河三角洲主要河流入水口处浮游植物的Shannon-Weaver多样性指数、Pielou均匀度指数与莱州湾、渤海湾海域相比差别不大,均较低。渤海水域主要河流入水口处营养状态均为中营养型以下,且春季好于夏秋两季,表现出一定的季节趋势。     

黄河口典型潮滩湿地土壤净氮矿化与硝化作用

采用PVC顶盖埋管原位培育法研究了黄河口典型潮滩湿地土壤净氮矿化与净硝化作用的动态变化特征、影响因素及净氮矿化/硝化量.结果表明,高潮滩湿地(LW)、中潮滩湿地(JP1)和低潮滩湿地(JP2)0~15cm土壤无机氮含量具有明显的季节变化特征,NH4+-N含量表现为LW＞JP1＞JP2,NO3--N含量则表现为JP1＞LW＞JP2.3种湿地土壤净氮矿化/硝化速率均呈明显的波动变化.生长季的净氮矿化量分别为27.81、11.90和0.33kg/hm2,净硝化量分别为12.09、15.99和1.19kg/hm2,净硝化量占净氮矿化量的百分比分别为43.47%、100.00%和100.00%.相关分析表明,湿地土壤净氮矿化量与土壤水分含量呈显著负相关,而土壤净氮硝化量与土壤pH值呈显著负相关.3种潮滩湿地土壤在维持无机氮方面的能力整体表现为LW＞JP1＞JP2,说明从氮循环角度高潮滩湿地系统最为稳定,而低潮滩湿地系统的稳定性最差.     

黄河口及其附近海域表观Cu络合容量的研究

采用阳极溶出伏安法(ASV)对黄河口及其附近海域14个站位表、底层海水的表观Cu络合容量(ACuCC)进行了测定,并计算了条件稳定常数(K)和络合容量指数(CCI).得到该海域海水ACuCC的变化范围在215.1～738.0 nmol/L,平均值为387.3 nmol/L;lgK的变化范围在7.66～8.95,平均值为8.27;CCI的变化范围在82.50%～95.25%,平均值为88.05%.结果表明:调查海域表层海水ACuCC的平均值比底层海水ACuCC的平均值高,南部海区表层海水ACuCC值高,而远离海岸的东北部海区表层海水ACuCC值低.     

黄河口径流变化对生态系统净生产力的影响研究

针对水文过程变化对河口生态系统整体平衡的重要作用,利用开放水体溶氧曲线法,分析了黄河口径流变化对生态系统净生产力的影响.径流显著变化的4月至9月期间,黄河口生态系统净生产力变化范围约为-5.32-4.84mg·L-1·d-1,且呈现显著的时空差异性.上河口区和中河口区比远河口区异养;丰水期8月至9月比枯水期5月至6月异...     

黄河不同粒径悬浮物中POC含量及输运特征研究

悬浮物(TSS)粒径与颗粒有机碳(POC)含量关系的研究,是河流POC形态变化及输送过程和输运通量研究的基础.本研究在沉降分级法基础上,结合激光粒度仪粒度测定和多元线性回归分析的数据处理方法,对2005-06-29黄河利津站、2005-09-27黄河口低盐度区以及2006年11月兰州、潼关、花园口各站TSS样品分析发现：黄河TSS中POC与其对应的中值粒径存在良好的负指数关系,POC的极限值为0.56%,普遍低于世界其它河流;黄河不同区段站位TSS性质不同使各样品相同粒级间POC存在明显的差异,黄河口站>花园口站>兰州站>潼关站>利津站,如<8 μm粒级TSS中POC依次是0.661%、 0.627%、 0.550%、 0.505%、 0.493%;黄河各粒级TSS所承载的POC量占样品POC总量的比例在不同区段各样品间极其相近,POC随TSS粒径增大显著递减, 80%以上的POC集中在<16 μm的TSS中,而粒径<32 μm的TSS承载了95%以上的POC.可见虽然黄河自西向东横跨5　000　km之多,落差达4　000　m以上,但POC的输运规律具有一致性,TSS粒径是控制POC输运特性的主要因素.     

黄河入海口潮间带大型底栖动物群落组成及次级生产力

为了解黄河入海口潮间带大型底栖生物现状,于2008年和2009年黄河枯水期的5月和丰水期的8月分别对黄河入海口5条潮间带断面大型底栖动物进行了采样调查。结果表明,采集到大型底栖动物65种,其中软体动物26种、甲壳动物22种、多毛类12种、腔肠动物2种、腕足动物、棘皮动物和鱼类各1种。软体动物和甲壳动物是构成潮间带底栖动物的主要类群。黄河入海口潮间带大型底栖动物平均栖息密度为(929.60±356.53)/m2,平均生物量(湿重)为(169.92±7.31)g/m2。在栖息密度组成中,软体动物占绝对优势,其次甲壳动物和多毛类,其他类群较低。Shannon-Weiner多样性指数为1.44±0.44,Margalef物种丰富度指数1.57±0.15,Pielou均匀度指数0.42±0.11。年平均去灰干重(13.96±0.61)g(AFDW)/m2,年次级生产力(11.26±0.62)g(AFDW)/(m2.a),P/B值平均(0.89±0.11)/a,表明黄河入海口潮间带个体较大、生活史较长的大型底栖动物种类所占比例较高。