基于多源同步数据的闽江下游悬浮物定量遥感

利用2006-09-18的同步Landsat TM数据、水面实测光谱数据和现场水样数据,研究了闽江下游的悬浮物,在这3种同步数据的基础上建立了分别基于实测光谱与影像光谱的悬浮物遥感预测模型.结果表明,实测光谱数据在690nm波长处,归一化光谱反射率与悬浮物浓度达到最大正相关,由690nm和530nm二处的反射率构成的比值预测模型与实测悬浮物浓度的拟合精度最高,最佳拟合模型可表达为SS=116.2(R690/R530)-33.4.TM影像各波段中以(TM2 TM3)2波段组合与实测悬浮物浓度的相关性最佳.由其所建立的影像光谱预测模型与实测悬浮物浓度的拟合精度最高.最佳拟合模型可表达为SS=3793.7(RTM3 RTM2)2-16.5.模型的精度评价表明,实测光谱模型的预测能力要强于影像光谱模型.但二者差异不大.在缺乏地面实测光谱数据时.基于影像光谱的遥感定量模型仍不失为一种预测悬浮物浓度的有效方法,其对闽江下游悬浮物浓度的反演结果能较准确地反映出该区域悬浮物浓度分布的空间差异,具有较高的实用性.     

基于TM的太湖叶绿素a和悬浮物估测模型

叶绿素a和悬浮物是衡量湖泊水质状况好坏的重要指标。该文利用太湖Landsat TM遥感影像和准同步的65个实测样点数据,分别分析了Landsat TM中对太湖水体叶绿素a及悬浮物浓度的相关性。采用波段组合的方式,通过回归方程建立起叶绿素a和悬浮物的估测模型。结果表明(TM1+TM3)/TM1/TM3与叶绿素a相关性达到0.842,TM2+TM3与悬浮物相关性达到0.934。估测模型显示叶绿素a和悬浮物均有较好的估测结果。     

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.     

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.     

基于生物光学模型的二类水体光学活性物质估算：以晋江下游河段为例

水体中各组分对光谱的吸收和散射构成了水体的固有光学特性,是生物光学模型的重要参数,是建立水质遥感半分析模型的基础.目前该方法多应用于湖泊水质监测,很少用于河流.因此, 本研究以福建晋江下游河段为例, 探讨水面下反射率R(0^-)与光学活性物质之间的关系,并建立了光学活性物质的估算模型.结果表明,利用R(0^-)₇₅₃与总悬浮物浓度、R(0^-)₇₀₂/R(0^-)₆₈₀与浮游植物色素浓度、R(0^-)₆₇₀/R(0^-)₄₂₃与CDOM吸收系数分别建立的估算模型能取得理想的效果,其决定系数分别是0.953、 0.820 5和0.621 3,对应的相对误差分别是6.1%、 21.87%和22.18%.三者中以悬浮物浓度的反演精度最高,然后依次为浮游植物色素浓度和CDOM.主要原因在于浮游植物色素的浓度相对较低,光谱信号较弱;CDOM的特征光谱波段很窄,而且该波段内的R(0^-)受到其它２种物质存在的影响.     

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.     

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。     

基于高光谱遥感的沿海河口无机氮浓度空间分布特征解译

利用39组样本的野外实测光谱结合Hyperion影像资料,建立了高悬沙含量沿海河口可溶性无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN)的高光谱定量遥感解译模型,实现DIN浓度空间分布规律的遥感反演及动态监测.研究发现,当悬沙浓度0.1kg/m3时,DIN浓度与悬沙含量之间呈显著的倒数相关关系,相关系数R2为0.617.据此首先将重采样处理后的野外实测光谱与同步DIN浓度数据进行统计相关分析,筛选出2个对DIN浓度变化敏感的波段,中心波长分别为630nm和804nm;然后利用波段反射率R804和R630计算出仿泥沙遥感参数因子R804×R630/(R804-R630),建立其与实测DIN浓度的非线性遥感模型,29组建模样本和10组检验样本的相关系数R2分别为0.746和0.67,DIN浓度平均绝对误差分别为109.07μg/L和147.58μg/L.将该非线性遥感模型应用于Hyperion影像,获得了射阳河口DIN浓度的空间分布特征,DIN浓度的变化范围为52～513μg/L.可以看出,在以悬沙为主要悬浮物的沿海河口,遥感解译得到的DIN浓度扩散趋势与潮流的运动以及悬沙的运移规律密切相关.因此,在无需了解水动力状况的条件下,高光谱遥感是对DIN浓度进行动态监测的有效手段.     

黄河口悬浮物浓度Landsat8 OLI多波段反演研究

黄河口海域悬浮物浓度,是研究黄河输沙和近岸水体生态环境的重要水质参数.之前的浓度反演模型主要采用一元二次函数或幂函数等单参数形式,利用2011年夏冬两季同步观测的遥感反射率和悬浮物浓度,本文给出了一种针对Landsat8 OLI传感器的两参数线性模型.该模型需两个输入参数,每个参数都是两个波段的光谱比值.结果表明:OLI传感器的近红外(波段5)光谱、以及它与蓝绿波段(波段1,2或3)的光谱比值,是黄河口海域悬浮物浓度反演的敏感波段,可用于建立单参数经验模型;除了敏感波段外,本研究的模型还用到红绿波段的光谱比值(波段4与波段3的比值),因而能够更好地表征光谱随悬浮物浓度的变化关系;其决定系数,均方根误差和平均相对误差分别为0.98,43.53mg·L~(-1)和20.97%,优于单参数经验模型,而且受误差影响小,因而更适合黄河口海域悬浮物浓度反演.     

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.     

浅水湖泊水动力过程对藻型湖区水体生物光学特性的影响

基于2010年7月底至8月初对太湖藻型湖区梅梁湾沿岸带水域不同风速条件下水下光场的原位连续高频观测,通过对水下辐照度、光束衰减系数、吸收系数、相关理化参数及气象水文参数的测定与分析,揭示了该区域水体的生物光学特性变化及其与水动力过程的关系.结果表明,总颗粒物吸收系数ap(440)、非色素颗粒物吸收系数ad(440)、浮游植物吸收系数aph(440)及有色可溶性有机物吸收系数aCDOM(440)在小风(30 min内平均风速<3 m.s-1)、中风(3 m.s-1<风速<5 m.s-1)和大风(风速>5 m.s-1)作用下分别为3.97、3.97、6.58 m-1;1.69、2.17、4.20 m-1;2.28、1.80、1.33 m-1;1.05、1.04、1.08 m-1,其中变幅最大的为非色素颗粒物,CDOM吸收系数在不同风速条件下差别不大.水体各组分在PAR波段积分值的贡献率的变化规律为:小风速下浮游植物吸收系数的贡献最大(达42.5%),随着风速的增大,CDOM、浮游植物、纯水吸收系数的贡献率均有降低的趋势,而非色素颗粒物的贡献率则显著增大,分别为33.0%、41.7%、52.0%.PAR漫射衰减系数与10min平均风速呈显著线性相关,风速引起的沉积物再悬浮对PAR漫射衰减系数的影响显著,从小风到大风,PAR漫射衰减系数增加了80.0%,对应真光层深度降低了42.2%.PAR漫射衰减系数、750 nm波长处的光束衰减系数、总悬浮物浓度与风速、波高、波切应力均存在显著正相关,其中又以PAR漫射衰减系数的相关性最为显著.高频观测结果揭示了浅水湖泊藻型湖区水动力过程通过引起沉积物再悬浮、浮游植物的混合及迁移显著改变水体生物光学特性短期变化.     

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.     

基于生物光学模型的巢湖后向散射概率估算

后向散射概率是水面光谱的重要影响因素.利用2009年6月巢湖实测数据,基于生物光学模型在近红外波段的简化原理,通过2个近红外波段构建巢湖后向散射概率估算模型.结果表明,巢湖后向散射概率最大值为0.059,最小值为0.001 4,均值为0.023 6,巢湖西部后向散射概率总体上大于东部,并且西部的空间差异性要大干东部.此...     

赤潮对近岸水体生物光学特性的影响

研究了赤潮对近岸水体生物光学特性的影响.从大连湾采集11个站位的水体生物光学数据,分析了赤潮发生时生物要素、反射光谱以及吸收光谱的变化特征.结果表明,大连湾本次赤潮由微微型藻类引起;赤潮对水体遥感反射率的光谱形状影响明显,与正常水体相比,由于高浓度叶绿素a的强吸收作用,导致440、632 nm波段附近出现反射谷,红光波...     

广州流溪河水库叶绿素a遥感反演研究

叶绿素a是衡量水体初级生产力和富营养化程度的一项重要指标。本研究在讨论分析反演水体叶绿素a浓度的半分析生物光学模型理论基础上,利用Landsat TM数据及中巴资源卫星02星CCD相机高分辨率数据,结合实测数据建立广州流溪河水库叶绿素a浓度的波段比值型反演模型。该模型对两个不同监测日期的叶绿素a浓度反演效果较好,拟合系数(R2)分别达到0.860和0.715,均方根误差分别为0.102μg/L和0.198μg/L。反演结果表明,流溪河水库叶绿素a浓度整体较低,均在2.0μg/L以下,空间分布在湖库区较均匀,入库支流玉溪河水域叶绿素a浓度略高于湖库区。     

夏季太湖水体固有光学参数对光传输行程、积分平均余弦影响的研究

基于2006-07-29～2006-08-01于太湖采集的水体固有光学参数和部分水质参数,利用辐射传输的理论,研究了夏季散射对太湖水体中光传输行程的作用、散射和吸收对光场积分平均余弦的影响,并分析了其可能机制.结果表明,垂直入射的辐射沿入射方向的平均传输行程和积分平均余弦呈现从西北向东南递增的趋势;垂直入射的辐射沿入射方向的平均传输行程、水柱的积分平均余弦与叶绿素a、悬浮物浓度、有机悬浮物浓度及无机悬浮物浓度均呈非线性相关,其关系可用对数函数来描述.本研究对水体中光合有效辐射的环境效应、及建立生物-光学模型有着重要意义.     

滇池水体总悬浮物散射系数参数化模型

总悬浮物的散射系数是水体非常重要的固有光学量之一,散射系数的参数化研究,对于水体生物光学模型的构建具有非常重要的意义.2009年9月对滇池水体25个样点进行野外采样,对滇池水体水质参数、悬浮物的吸收、散射特征进行分析,并利用乘幂模型对散射系数进行参数化,分析了模型精度与色素颗粒物吸收之间的关系,进而改进乘幂模型.结果表明,在色素颗粒物吸收较强的波段,普通乘幂模型的平均相对误差为0.08,模型改进后相对误差缩小为0.02;在色素颗粒物吸收较弱的波段,会出现模型的过修正,这主要取决于色素颗粒物的吸收,因此,没有必要对乘幂模型进行修正.     

一种新的海洋生物地球化学自主观测平台:Bio-Argo浮标

借助于强大的全球海洋观测网络——Argo计划,生物光学浮标Bio-Argo将成为一种全新的海洋生物地球化学自主观测平台,对未来的海洋观测与海洋研究将产生巨大的影响。本文以法国的PROVBIO为例,详细介绍了Bio-Argo浮标的结构设计、观测数据、工作模式、传输与通讯、以及数据质量控制等方面的问题,为我国的Argo计划和海洋观测方法提供有益的借鉴。     

东江流域水利工程对流域地表水文过程影响模拟研究

东江流域为香港及广州等特大城市的重要水源地,新丰江、枫树坝与白盆珠三大水库对东江全流域水资源有控制性调蓄作用,加上人类活动影响,导致东江流域地表径流发生显著变异.研究分析东江流域上中下游水利工程建成前、后径流在时间与空间的变异特征,对水利工程与人类活动影响的东江流域水资源管理提供重要依据.基于此,选取多元线性回归、神经网络与支持向量机等模型模拟水利工程建成前的径流变化,研究认为:①神经网络为水利工程建成后径流变化模拟的最优模型;②水利工程建成后,流域径流变异特征分两阶段:1974-1982年流域水文变异不显著,水利工程影响不大;1983-2000 年径流变异显著,水利工程削峰填谷作用明显;③东江流域龙川、岭下、博罗站水文变化均受水利工程调蓄影响,但影响程度各异:博罗站水文变化受水利工程影响最大,岭下站次之,龙川站受影响最小.另外,在水利工程调蓄作用影响下,东江流域月径流变化幅度趋于平坦,在一定程度上降低了洪水风险及减少了极端气候条件对东江流域水资源供给造成的负面影响.