结合光吸收的近海水体硅藻浓度反演模型构建

浮游植物种群结构对了解海洋碳循环，生物多样性等研究具有重要意义。针对某种浮游植物种群生物量的研究，可以掌握浮游植物种群结构变化特征。本研究基于航次实测色素数据，利用CHEMTAX方法获取近海水体硅藻浓度信息，分析实测硅藻浓度数据的空间分布状态。对高斯模型中心波长和半波宽参数进行优化，结合高斯模型分解获取的高斯峰值，分析其与硅藻浓度之间的相关关系，并遴选相关系数较高的高斯峰值。利用不同数学函数，开展高斯峰值与硅藻浓度之间的关系模型构建研究，并结合精度指标（决定系数R2，中值误差ME）判定各数学函数模型的硅藻浓度反演精度，以提出最优的反演模型。研究结果表明：（1）实测硅藻浓度整体上呈现出近岸高，离岸低的空间分布特征，高值区域主要分布在渤海湾及长江口附近；（2）硅藻浓度反演模型精度较高，通过留一交叉验证法对模型进行验证，决定系数为0.79，中值误差为49%,p值小于0.001，该模型为后续开展卫星遥感反演硅藻浓度的工作奠定了基础。     

白洋淀水体总磷总氮高光谱估算模型比较

总磷(TP)、总氮(TN)是水质富营养化的重要指标，亦是水质监测的主要参数。具有快速高效、无二次污染等特点光谱法水质监测是当今水环境遥感分析研究的热点。针对水体TP、TN反演模型采用实验室标准液或野外全样本进行建模时，各种水质参数的相互影响及预测值超出建模样本值域的可能，使得实际的预测效果并不理想的情况。本文以白洋淀实验区的实际水体样本为反演模型的输入值，在确定最优相关波段和最佳反演模型的基础上，讨论了5种不同浓度范围场景下的样本建模对反演模型的影响，同时剖析了模型对超出建模浓度值样本的预测能力。结果表明：建模样本浓度覆盖预测样本时，反演模型决定系数R²>0.6,TP、TN浓度预测值的平均偏离度ARE<20%；建模浓度高于预测样本时，R²在0.6左右，对超过建模浓度范围12%以内的预测值，其ARE<25%；建模浓度低于预测值时，R²介于0.4—0.5，预测值超过建模样本浓度一倍时，ARE≤30%；建模样本浓度位于预测值两侧时，R²可达0.8,ARE<25%；建模样本浓度值介于...     

不同藻类水体太阳激发的叶绿素荧光峰（SICF）特性研究

采用现场实测和室内培养两种方式测定了甲藻、赤潮异弯藻、海洋蓝绿藻、叉角藻赤潮和新月菱形藻、叉鞭金藻、塔胞藻、扁藻和小球藻等非赤潮藻类光谱曲线,采用度量太阳激发的叶绿素荧光峰高度的Rmaxred/R560比值法,建立了不同藻类Rmaxred/R560与叶绿素a浓度的关系,R>0.82。随藻类的不同,Rmaxred/R560与叶绿素a的关系发生较大的变化,其关系方程的系数a的变化范围为0.037—1.135之间,b的变化范围为0.094—0.727之间。同时建立了不同藻类荧光峰位置与叶绿素a浓度的关系,除海洋蓝绿藻为0.57外,R均大于0.75。随叶绿素浓度的增加,浮游植物反射光谱荧光峰的位置向红光方向移动。随藻类不同,移动的幅度有所差异,赤潮异弯藻的移动幅度最大,其它藻类每10mgm-3浓度的移动幅度介于0.1—0.3nm之间。叉鞭金藻和塔胞藻在实验的浓度范围内未见移动。     

融合作物类型的土壤盐分遥感反演方法研究

在沿海平原地区,土壤盐度是制约作物生长的非生物胁迫之一,也是作物种植的重要依据,作物类型能够间接反映土壤盐渍化程度,因此本文提出了一种融合作物类型信息的土壤盐分反演方法。以黄河三角洲典型滨海盐渍土地区为例,基于Sentinel-2 MSI影像,首先采用随机森林分类提取作物类型信息,并基于OneHot方式将作物类型信息编码;然后融合作物类型信息,结合环境协变量数据、地面实测盐分数据,采用自适应增强决策树模型(AB-DT)进行盐分反演;最后与其他机器学习方法,如支持向量机、随机森林、K最邻近和决策树进行盐分反演精度的对比。结果表明：(1)加入作物类型信息能够提高土壤盐分反演模型精度,所有模型中,融合作物类型变量的AB-DT反演模型精度最高,建模集R²为0.86,测试集R²为0.61;(2)加入作物类型信息能够修正误判的盐渍土级别,并使土壤盐分反演结果的地块边缘更加清晰。综上所述,加入作物类型信息,能够提高土壤盐分反演的准确性,为农田管理和农业决策提供更可靠的依据。     

HJ-1A/B卫星CCD影像的武汉市东湖水色三要素遥感研究

以武汉市东湖为研究区域,利用同步的MODIS-Terra气溶胶光学厚度数据为输入参数,采用FLAASH模型对2010年3月11日HJ-1A/B卫星CCD影像进行大气校正处理,并利用多年实测数据建立叶绿素a浓度、悬浮泥沙浓度、黄色物质吸收系数三要素神经网络反演模型,对水色三要素进行反演。通过对反演结果与实测数据的对比分析可知,悬浮泥沙浓度、黄色物质吸收系数和叶绿素a浓度的平均相对误差分别为28.052%、17.628%和35.621%,表明HJ-1A/B卫星CCD传感器基本能满足II类水体水色要素的遥感监测需求。     

用分析模型方法反演水体叶绿素的浓度

水体叶绿素浓度是水质评价的一个重要指标。建立水体光学传输的分析模型，进而用分析模型反演水体叶绿素浓度，对于提高遥感反演水质参数的精度和实用性具有重要意义。作者于2004年6月初对太湖18个点位进行了同步水体波谱实测和水体取样分析。由这18个点位的实测数据，利用Gordon模型建立了R（0^-）的模拟模型，并进而用优化函数的方法反演水体叶绿素浓度。反演值与实测值的相关系数达到0．99，当叶绿素浓度高于30mg／m^3时，反演的相对误差小于20％。进而用该模型反演2005年7月太湖7个点位的叶绿素浓度，反演值与实测值的相关系数为0．94，其中，有6个点位的反演值相对误差小于60％。     

基于GeoEye-1影像的自适应浅海水深反演方法

本文基于GeoEye-1影像研究了自适应浅海水深反演方法在甘泉岛附近浅海区域的适用性.GeoEye-1遥感影像经预处理后,通过反射率计算叶绿素浓度进而确定出对数比值模型的参数进行建模,实现无实测数据的多光谱水深反演,并通过实测数据对反演结果进行验证.结果表明:利用自适应水深反演方法对甘泉岛附近浅海区域水深反演精度较高,...     

利用HY-1B卫星数据的黄海初级生产力时空变化研究

对海洋初级生产力的研究近年来成为科学界的热点问题之一。VGPM是1997年被提出的用于估算海洋初级生产力的模型,形式简单,精度高,适用性强。而ArcGIS有有好的图形化栅格计算器。据此,利用2014年黄海区域的HY-1B卫星L2数据,采用VGPM模型与GIS技术估算四期海洋初级生产力,并分析其时空变化特征。研究结果表明:2014年黄海海域海洋初级生产力均值都在285mg/(m2獉d)以上,在时间上表现为双峰分布,在空间上呈现由北向南、由近及远逐渐降低的分布特征。     

利用腾讯位置大数据进行多尺度人口空间化估算

社会感知数据的多样性,为人口估算方法的研究引入了新数据和视角。本文利用腾讯位置大数据进行多尺度人口空间化估算研究,以建设用地和住宅小区体积数据作为相关因子,将5 km格网精细化到1 km及住宅小区级尺度,通过广西壮族自治区、桂林市、临桂区3个不同尺度分析腾讯位置大数据与人口统计数据的相关关系,利用多项式回归模型分析得到3种尺度的人口空间化模型,并对模型的正确性进行验证。结果表明,省级尺度的人口估算模型验证精度R²达0.984 5,市级尺度的模型验证精度R²达0.977 0;小区精细尺度的模型验证精度R²达0.979 9,估算结果可信度高。     

HY-1C/D卫星CZI数据的岛礁浅海水深遥感无控反演能力评估

岛礁浅海水深是海洋重要的基础资料。中国南海岛礁远离大陆,水下现场调查效率低、难度大,难以评估水下地形的长期变化,迫切需要大面积、高频次成像的卫星遥感数据。海洋一号C/D (HY-1C/D)卫星双星组网大大提高了覆盖频次,配置的海岸带成像仪CZI (Coastal Zone Imager)可为岛礁水下探测提供快速的业务化遥感数据服务。为充分发掘两颗卫星的岛礁水深反演能力,本文以中国南海永乐环礁为研究区域,以HY-1C/D CZI多光谱遥感影像为数据源,结合半分析模型和对数比值模型开展了不依赖实测数据的水深反演研究,并与GeoEye-1高分辨率卫星多光谱遥感数据反演结果进行对比。结果表明,HY-1C/D CZI多光谱数据在甘泉岛的水深反演结果与实测数据相比,在0—20 m水深范围内的平均绝对误差分别为1.60 m和1.85 m,平均相对误差分别为22.48%和26.23%;HY-1C/D CZI多光谱数据与基于GeoEye-1数据在甘泉岛的水深反演结果相比,平均绝对偏差分别为1.65 m和1.81 m,平均相对偏差分别为22.33%和23.83%。HY-1C/D CZI与GeoEye-1多...     

基于实测光谱分析的GF-1鄱阳湖水体叶绿素反演实用性研究

通过比较GF-1影像波段比值模型、实测光谱波峰波谷法模型与一阶微分法模型获得的反演数据与实测水体叶绿素浓度数据之间相关性大小,证明GF-1号在鄱阳湖水体反演中的适用性。     

内陆湖泊颗粒有机碳反演及日变化初步研究

以太湖及洞庭湖为例,检验海洋一类水体颗粒有机碳(particulate organic carbon, POC)浓度遥感估算方法在内陆湖泊二类水体中的适用性,结果表明,一类水体POC反演模型并不适用于二类水体。针对二类水体建立了以近红外波段(834 nm)为因子的单波段POC反演模型以563及834 nm波段组合为因子的两种双波段反演模型,模型验证结果显示,单波段模型的均方根误差(RMSE)为1.12 mg/L,平均相对误差(MAPE)为35.8%,两个双波段反演模型的RMSE分别为1.09 mg/L及1.11 mg/L,MAPE分别为37.3%及37.8%,三种模型均可用于太湖及洞庭湖水体的POC浓度遥感估算。在此基础上,以太湖为例,建立了基于静止轨道卫星海洋水色(GOCI)卫星数据的太湖POC反演模型,反演模型的MAPE为35%。利用5月13日8景GOCI影像,研究了太湖POC浓度日变化,发现POC浓度日变化存在两个阶段:上午至中午的递减阶段和中午至傍晚的递增阶段。     

应用HJ CCD传感器指数的鄱阳湖TSM浓度遥感监测

分别于2008年10月、2009年10月和2011年7月对鄱阳湖地区开展三个航次的科学调查,在分析实测数据基础上,利用TSM浓度应用HJ卫星CCD传感器数据,提出一种TSMI遥感反演的新方法,并与传统基于实测光谱与TSM浓度建立的方法对比分析,模型反演平均相对误差分别为17.5%和20.01%。实验结果显示,利用TSMI指数方法反演结果较优,不仅可以提高TSM浓度遥感反演精度,而且有利于解决内陆浑浊水体遥感监测中水色大气校正算法研究不足的问题。     

应用MODIS数据反演河北省海域叶绿素a浓度

为了建立更加合理、准确的叶绿素a遥感反演模型,利用地物光谱仪测定了河北省海域水面的光谱反射率,分析了光谱反射率与实测叶绿素a浓度之间的关系.在此基础上,通过MODIS数据各波段及波段组合的反射率与实测叶绿素a浓度的相关分析,确定第1波段(B1)为最佳反演波段,建立了应用B1反演叶绿素a浓度的遥感模型,并对模型精度进行验证.结果表明:该模型相关系数为0.66,反演结果均方根误差为0.48 mg/m3,模型精度优于SeaDAS的OC3标准经验算法;该模型反演河北省海域表层水体的叶绿素a浓度有较好的效果.     

基于GF-1卫星数据的水库叶绿素a浓度联合反演研究

探明不同区域及不同营养状况下水库叶绿素a的共同敏感波段,基于G F-1号卫星16 m分辨率的多光谱WFV传感器影像构建叶绿素a浓度普适性反演模型.文中以湖南省3种不同营养状况的水库为研究对象,在实测高光谱及GF-1/WFV影像预处理基础上,对比实测高光谱数据与GF-1/WFV影像数据,采用相关性分析筛选叶绿素a敏感波段,基于GF-1/WFV影像数据构建叶绿素a浓度一元回归联合反演模型,生成浓度等级图.研究表明,相关性分析下叶绿素a的敏感波段区间为550～620 nm,波段区间对应影像中的绿波段(520～590 nm),模型反演精度较优,满足水库叶绿素a浓度监测精度要求,可为发展基于遥感影像大面积反演不同污染程度水质叶绿素a浓度提供基础支持.     

曹妃甸近海表层悬浮泥沙遥感定量监测研究

在曹妃甸近海水体实测光谱数据分析的基础上,与同步采集的水体悬浮泥沙浓度进行相关分析,选用合适的TM数据的遥感变量参数,根据2008年实测的四个剖面29个站点的海洋水色数据建立了水体悬浮泥沙浓度与TM数据对应的遥感定量反演模型,并用18个独立样本点进行了精度评价.研究结果表明:曹妃甸近海水体光谱曲线基本呈现单峰现象,敏感...     

基于HJ-1A/B CCD数据的东湖叶绿素a浓度反演可行性研究

以武汉东湖为研究区域,利用HJ-1A/B CCD数据和地而准同步叶绿索a浓度实测数据,建市适合东湖水体的叶绿素a浓度遥感定量估算模型,从而分析HJ-1A/B CCD数据应用于内陆湖泊水体叶绿素a浓度反演的可行性.     

基于HY-1C卫星CZI影像的多类型内陆水体大气校正及水质参数反演

海洋一号C星(HY-1C)上搭载的海岸带成像仪(CZI)在内陆水体水色遥感应用方面具有较大潜力。目前,HY-1C CZI影像在内陆水体的大气校正和水质反演研究较少,仍然需要解决适用于不同类型内陆水体的大气校正和水质参数建模等问题。因此,本研究在华北平原的小浪底水库、官厅水库、丹江口水库、白龟山水库、白洋淀5个不同浑浊程度的湖泊和水库开展了星地同步实验,获取了85个采样点的水面遥感反射率光谱和水质参数实测数据。发展了基于Sentinel-2 MSI影像均匀不变地物的HY-1C CZI影像相对大气校正算法和系统定标模型。HY-1C CZI的蓝、绿、红、近红外波段遥感反射率反演平均无偏相对误差(AURE)分别为14.7%、11.2%、28.9%、41.7%,蓝、绿、红波段的大气校正精度相对较高;此外,大气校正与实测光谱的相关系数r的平均值为0.978,光谱角度距离(SAD)的平均值为0.109,说明大气校正遥感反射率光谱形状与实测光谱一致性较高。基于实测数据构建了叶绿素a浓度和透明度反演模型,经独立数据验证,HY-1C CZI影像叶绿素a浓度反演的AURE为33.8%,均方根误差(RMSE)...     

全球及局部海洋扰动重力反演的快速解析方法

从经典边值问题理论及球谐函数理论出发,在空域推导获得了由大地水准面高以及垂线偏差计算扰动重力的解析计算公式,为利用卫星测高数据反演海洋扰动重力提供了理论基础。针对全球海洋区域和局部海洋区域的扰动重力反演,在前人已有工作基础上,提出了改进的基于一维FFT的精确快速算法,保证了计算结果与原解析方法完全一致,且计算速度提高约20倍。该算法在提高计算效率的同时避免了由于引入FFT而产生的混叠、边缘效应问题,而且对观测数据的序列长度没有硬性要求,使得应用更加灵活。利用EGM2008地球重力场模型分别生成了2.5'分辨率大地水准面高数据和垂线偏差数据,按照本文提出的改进方法(采用全球积分计算)分别反演获得了全球及局部海洋区域的扰动重力。经比较分析,由大地水准面和垂线偏差分别反演获得的扰动重力其差异在0.8×10^-5 m/s²以内,这说明两种反演方法是基本一致的,但在数据包含系统误差的情况下,由垂线偏差反演扰动重力具有一定优势。     

基于GF-1与实测光谱数据鄱阳湖丰水期总悬浮物浓度反演

总悬浮物浓度是水质评价的重要参数之一。2015年8月,在鄱阳湖布设33个采样点,通过测量水面光谱和采集水样进行检测,获取水面遥感反射率、总悬浮物浓度和叶绿素a浓度等数据。结合实测水面遥感反射率数据与总悬浮物浓度的相关性分析,建立了单波段、一阶微分和波段比值3种反演模型,并分别进行了精度验证。研究发现,3种反演模型的拟合度(R2)均大于0. 9,其中单波段模型最优,其R2、均方根误差(root mean square error,RMSE)及平均相对误差(mean relative percentage error,MRPE)分别为0. 980 5,3. 78 mg/L和16. 99%。将该单波段模型应用于2015年8月3日的高分一号(GF-1)卫星影像数据,同样得到了较高的反演精度,R2,RMSE和MRPE分别为0. 847 7,12. 23 mg/L和35. 22%。结果表明,鄱阳湖丰水期总悬浮物浓度值总体偏低,平均值为23. 26 mg/L,高值主要集中在鄱阳湖北部通江河道及其以南的中部水域,其余水域分布较为均匀。利用2015年10月24日GF-1影像和准同步观测的21个采样点的总悬浮物浓度数据使用此模型做进一步验证,其反演精度接近于2015年8月影像验证结果,表明该模型能进一步推广应用到鄱阳湖不同时期总悬浮物浓度的反演。通过实测光谱的分析以及在遥感影像上的应用,可以为鄱阳湖总悬浮物浓度的反演以及环境监测提供参考。