渤海湾叶绿素浓度的反演与验证（英文）

叶绿素a浓度是浮游植物现存量的表征。本文基于2012年春季渤海湾叶绿素实测数据,下载了相应的遥感数据,利用MODIS数据的OC3M和OC2方法进行叶绿素浓度a反演,利用GOCI数据的波段比值、OC3G以及YOC算法对叶绿素a浓度进行反演,反演结果与实测结果的空间分布趋势一致。由反演精度分析,GOCI的波段比值法与MODIS的OC3M算法的反演精度相近,GOCI数据的YOC叶绿素浓度算法在渤海湾反演精度比其他反演算法高。     

基于GOCI数据渤海湾叶绿素浓度反演算法的比较（英文）

渤海湾水体交换能力差,自净能力低,每年都要接纳大量的陆源污染物,叶绿素浓度的遥感估算对研究渤海湾海洋赤潮,监测海洋水体水质有重要作用,选择最佳算法反演叶绿素浓度有利于提高反演的精度。本文使用渤海湾的现场测量数据及GOCI遥感反射率数据,利用荧光线高度法、OC3算法、蓝绿波段比值法和近红-红波段比值法建立叶绿素浓度反演模型,并利用实测数据进行算法验证,通过比较各算法的拟合效果和验证结果,对各算法模型进行了评价。结果显示,不同的反演方法准确性有明显差别,荧光线高度法的拟合和反演效果为最佳,而近红-红波段比值法的反演效果最差,OC3算法与蓝绿波段比值法的拟合和反演效果基本相似。     

基于GOCI影像进行渤海表层悬浮泥沙浓度估算的新方法

针对现场观测数据缺乏的情形,提出了一种新的利用GOCI影像反演渤海海域表层悬浮泥沙浓度(SSC)的方法。应用mMUMM大气校正算法对GOCI数据进行大气校正处理得到的GOCI遥感反射率产品后,以MODIS影像反演得到的表层悬浮泥沙浓度(SSC)作为参考值,对已应用于渤海的4种SSC反演模型进行参数化拟合,最后通过对比确定了效果最好的参数化SSC经验模型并且进行了验证。验证结果显示最优参数化模型的平均相对误差绝对值(16.0%)和均方根误差(12.2 mg/L)均相对较低,表明该模型可适用于渤海海域GOCI数据的SSC反演。通过采用建立的最优参数化SSC反演算法对2015年12月至2016年11月的GOCI数据对渤海海域的季节平均SSC进行了估计和分析。相比其他区域,渤海湾、莱州湾、辽东湾等3个海湾和黄河口附近沿岸SSC相对较高;3个海湾水体区域,从沿岸向离岸方向SSC由高变低,具有明显的浓度梯度;季节上,整个渤海海域SSC在冬季最高,夏季最低,春季与秋季相差不大。渤海SSC这些明显的空间分布特征、季节变化特性与前人研究结果一致,表明该算法应用于渤海可行。     

基于GOCI的渤海悬浮物分布及日变化遥感初探

悬浮物作为污染物示踪剂,对研究海区陆源污染扩散、分布极为重要。利用2008-2017年渤海多个航次的现场实测光谱和悬浮物浓度数据,研究了渤海表层悬浮物浓度遥感反演算法,发现秦皇岛海域悬浮物算法不同于其他渤海区域。将反演算法应用于GOCI静止卫星影像,得到2015年9月13日8个时相的渤海悬浮物浓度空间分布形态,并探讨了8 h短周期内的变异幅度。研究结果表明:渤海大部分悬浮物浓度较低(0~10 mg/L),短周期内变异幅度很小;悬浮物高值主要分布在以黄河三角洲为中心的渤海湾、莱州湾沿岸一带(最高可达300 mg/L),短周期内变异幅度大(60 mg/L以上,可达200 mg/L);辽东湾辽河口区域、复州湾、金州湾附近海域悬浮物浓度相对较高,金州湾部分区域短周期内变异幅度较高,或与该区域围填海等人为活动有关。     

主成分分析与人工神经网络相结合反演一类水体叶绿素-a浓度

为了有效利用不同波段的光谱数据,改善反演一类水体叶绿素-a浓度的精度,文中提出了一种将主成分分析与BP神经网络相结合的反演方法。该方法利用主成分分析法对原输入空间进行重构,实现光谱数据压缩;利用BP神经网络实现压缩光谱数据与叶绿素-a浓度的自适应非线性映射。SeaBAM数据的实验研究表明,提出的方法与二次和三次经验算法相比,更具有普适性,且反演精度有所改善。     

HY-1C卫星海岸带成像仪叶绿素a浓度反演研究

叶绿素a作为最重要的水质参数之一,是评价水体富营养化和初级生产力状况的主要因素。我国海洋一号C（HY-1C）卫星海岸带成像仪（CZI）具有高时空分辨率的观测优势。本文基于东海和南海现场实测数据建立了HY-1C卫星CZI叶绿素a浓度反演模型并在实测水域进行反演,与MODIS叶绿素a浓度反演产品进行了对比验证,应用CZI叶绿素a浓度模型在珠江口、长江口、渤海湾水域进行了叶绿素a浓度反演示例试验。结果表明,叶绿素a浓度模型估算浓度与实测浓度相关系数为0.774 3,平均相对误差为24.58%,利用实测叶绿素a浓度对模型进行精度验证,相关系数达到0.993 9,平均相对误差为18.49%。模型在实测水域反演得到的叶绿素a浓度分布与MODIS叶绿素a浓度产品分布大体一致。在珠江口水域反演得到叶绿素a浓度空间分布为由西北向东南逐级递减,峰值出现在珠江口西沿岸。在长江口、渤海湾反演叶绿素a浓度空间分布均符合地理实情。研究表明HY-1C卫星CZI数据可应用于中国近海水色定量化研究。     

南海北部水体叶绿素a浓度反演的生物光学模型

利用2003年至2005年秋季在南海多个航次的现场观测数据,研究了南海北部海区遥感反射率的变化,并分析了用于全球海洋叶绿素a浓度反演的OC2和OC4模型在本海区的适用性。结果表明,在南海北部海域,OC2和OC4模型高估了叶绿素a浓度,高估范围一般约在80%—200%之间,其中最高可达640%,即OC2和OC4模型并不适用于南海海域。在此基础上,根据现场实测的表观光学数据,利用遥感反射率比值(Rrs(433)/Rrs(555))与叶绿素a浓度的关系建立了两套能够精确反演南海北部海域叶绿素a浓度的本地化经验算法———算法1和算法2,并利用其对南海北部海域的叶绿素a浓度进行反演。结果表明,由本地化模型反演得到的叶绿素a浓度与实测的叶绿素a浓度具有较好的相关关系,其平均相对偏差分别为51%和53%,相关系数为0.75。     

渤海叶绿素浓度时空特征分析及其对赤潮的监测

基于2014—2015年MODIS数据分析了渤海表层水体叶绿素浓度的时空特征,并对赤潮进行了遥感监测。结果表明, 5—10月,渤海表层叶绿素浓度总体较高,其中在5月份达到峰值;空间上,叶绿素浓度由近岸向渤海中部递减,其中秦皇岛附近海域、莱州湾、渤海湾、辽东湾叶绿素浓度相对较高。基于16 mg/m3的叶绿素浓度阈值和ERGB影像,成功提取了渤海赤潮信息。秦皇岛附近海域是渤海赤潮的频发区和重灾区,赤潮发生于5月份,其分布范围在5月下旬达到最大。渤海赤潮分布与底部两个低氧区位置吻合,说明赤潮爆发可能对低氧区的形成和发展起重要作用。     

基于奇异值分解技术的近海水体硅藻浓度反演模型研究

浮游植物是水体生态系统中的重要初级生产者,其中硅藻贡献海洋初级生产力约40%,因此估算硅藻浓度对了解海洋生物地球化学过程和生态系统演变至关重要。本文基于2016年6月黄渤海和2018年7月黄渤海航次实测色素浓度数据集,利用CHEMTAX软件,获取硅藻浓度信息;之后,结合实测遥感反射率数据,利用奇异值分解方法,构建硅藻浓度反演模型。检验结果表明：模型的决定系数为0.80(p<0.001),平均绝对百分比误差和中值误差分别为58.62%和39.12%,模型适用度较高;经过卫星验证,该模型适用于GOCI(Geostationary Ocean Color Imager)传感器。将模型应用于2020年6月份GOCI月平均数据,其硅藻浓度空间分布趋势与前人研究一致。本研究成果可为近海水体硅藻生物量的遥感估算研究提供技术方法支撑。     

辽东湾表层叶绿素浓度时空变化遥感分析

叶绿素浓度是评价海水的一项重要指标,它对于渤海北部的辽东湾海域具有重要的研究价值。2011年投入使用的静止轨道水色传感器GOCI有较高的时空分辨率。利用GOCI数据获取叶绿素含量的季节分布规律,分析了辽东湾海域表层叶绿素含量时空变化及演变特征,证明了利用GOCI叶绿素产品观察赤潮的可行性。结果显示:2015年辽东湾海域叶绿素浓度在总体空间分布上呈现近岸较高、海湾中央海域较低的特点。叶绿素浓度的月平均值为3.50～5.35,秋冬季高于春夏季。秦皇岛海域叶绿素浓度普遍高于其他海域,营口海域也有较高的分布,但不及秦皇岛海域。秦皇岛沿岸海域叶绿素浓度常年保持在一个较高水平,冬季及早春受西北风影响,秦皇岛附近海域表层海流携带浮游植物流动形成了自西北向东南叶绿素浓度从高到低的分布趋势。通过2015年6月14日、17日和20日秦皇岛海域的叶绿素浓度分布观察到了一次夜光藻赤潮的发生和消亡。因此,GOCI数据可以应用于监测叶绿素浓度的时空变化和观察赤潮的发生和消亡。     

基于HJ-1卫星数据的荣成湾叶绿素a浓度时空变化特征分析

本研究利用4个航次的叶绿素a浓度实测值以及HJ-1卫星数据,对三种适用于黄海Ⅱ类水体的叶绿素a浓度反演算法(MODIS OC3M算法、NSOAS黄东海算法和进化建模法)的精度进行了验证,并利用其中的最优算法对荣成湾海域2009~2016年叶绿素a浓度的时空变化特征进行分析,以期为该海域的生态修复提供科学参考。结果表明:OC3M算法为最优算法,利用其反演得到的叶绿素a浓度季节变化特征为:秋季最高,夏季和春季次之,冬季最低;年际变化上,天鹅湖及近岸区叶绿素a浓度整体呈下降趋势,养殖区的叶绿素a浓度保持稳定;叶绿素a浓度的空间分布呈现近岸高、外海低的变化趋势。     

基于FY-3A的湛江湾及其邻近海域叶绿素a遥感监测研究

叶绿素a质量浓度是水体水环境一个重要指标。本文结合实测的叶绿素a质量浓度、水体的光谱数据和FY-3A中等分辨率成像光谱仪的数据,研究利用FY-3A遥感监测湛江湾及其邻近海域叶绿素a质量浓度的可行性。研究结果表明,湛江湾海域大部水体接近一类水体,二类水体主要集中在湛江港附近的狭小封闭海域;OC4算法可以用于湛江湾海域的叶绿素a质量浓度的遥感监测,实测叶绿素a质量浓度与反演的叶绿素a质量浓度具有较好的相关性,相关系数R达到0.7以上;FY-3A中等分辨率成像光谱仪的数据可以较好地反映湛江湾海域叶绿素a质量浓度的空间分布。     

渤海悬浮物分布的遥感研究

利用渤海湾和莱州湾现场实测的悬浮物含量和光谱数据,建立了基于555和670nm波段遥感反射率的悬浮物含量遥感反演模型。经检验,模型平均相对误差优于20%,对输入端误差不敏感。基于该模型,利用ENVISAT MERIS遥感数据,从空间分布格局、大风过程的短期扰动以及季节性差异等方面分析了渤海悬浮物的时空分布特征。(1)渤海悬浮物含量的高值区集中分布在莱州湾(尤其是黄河口和莱州湾湾底)和渤海湾沿岸,此外在辽东湾沿岸海域悬浮物含量也相对较高,而在渤海大部水体悬浮物含量较低。(2)大风过程可在短期内(约1~3d)显著改变全渤海的悬浮物空间分布格局,其中渤海湾和莱州湾响应最为强烈,辽东湾响应相对较弱,这与其各自的水深条件、底质类型和悬浮物粒径等因素有关。(3)渤海悬浮物含量总体上呈春夏低、秋冬高的分布特征;季节性差异最显著的区域是渤海湾、莱州湾和辽东湾,差异性最小的是秦皇岛近岸海域;风力等气候因素是悬浮物分布呈现季节性差异的主要原因,入海径流是另一重要因素。     

渤海悬浮物分布的遥感研究渤海悬浮物分布的遥感研究

利用渤海湾和莱州湾现场实测的悬浮物含量和光谱数据，建立了基于555和670 nm波段遥感反射率的悬浮物含量遥感反演模型。经检验，模型平均相对误差优于20%，对输入端误差不敏感。基于该模型，利用ENVISAT MERIS遥感数据，从空间分布格局、大风过程的短期扰动以及季节性差异等方面分析了渤海悬浮物的时空分布特征。（1）渤海悬浮物含量的高值区集中分布在莱州湾（尤其是黄河口和莱州湾湾底）和渤海湾沿岸，此外在辽东湾沿岸海域悬浮物含量也相对较高，而在渤海大部水体悬浮物含量较低。（2）大风过程可在短期内（约1~3 d）显著改变全渤海的悬浮物空间分布格局，其中渤海湾和莱州湾响应最为强烈，辽东湾响应相对较弱，这与其各自的水深条件、底质类型和悬浮物粒径等因素有关。（3）渤海悬浮物含量总体上呈春夏低、秋冬高的分布特征；季节性差异最显著的区域是渤海湾、莱州湾和辽东湾，差异性最小的是秦皇岛近岸海域；风力等气候因素是悬浮物分布呈现季节性差异的主要原因，入海径流是另一重要因素     

2012年春季渤海中部及邻近海域叶绿素a与环境因子的分布特征

分析了2012年春季渤海中部及其邻近海域32个站点叶绿素a和环境因子的空间分布特征及其相互关系。结果发现:渤海中部靠近黄河口邻近水域相对于其他水域,呈现出相对较高的水温和较低的盐度,这与黄河淡水输入以及近岸水深相对较浅有密切关系。营养盐浓度在空间分布上表现为黄河口附近海域较高,在垂直分布上表现为中、底层高于表层,显示出黄河水输入与沉积物营养盐再释放的影响;此外,营养盐浓度与结构显示,渤海海域存在明显的磷和硅限制,磷限制尤其严重。叶绿素a浓度的空间分布显示,表层叶绿素a浓度的高值区出现在渤海湾湾口处,而中层与底层的叶绿素a浓度高值区出现在渤海中部。主成分分析结果表明,磷酸盐和温度是影响表层叶绿素a浓度的重要因素,而中、底层叶绿素a浓度主要受磷酸盐的影响。     

图像融合技术在海阳核电工程建设区域表层悬沙浓度遥感反演中的应用

本研究分别采用根据高时间分辨率的GOCI(Geostationary Ocean Imager)数据和高空间分辨率的OLI影像反演得到的悬浮泥沙浓度产品,利用STARFM(Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model)融合算法,生成高时空分辨率的悬浮泥沙浓度产品,融合后的数据兼具OLI影像的高空间分辨率和GOCI影像的高时间分辨率。与实测数据相比, GOCI原始数据反演的相对误差为56%,融合图像的反演相对误差降低至36%。融合影像可用于探讨研究区从高潮到低潮时期表层悬浮泥沙完整变化,便于分析海阳核电工程建设区域的悬浮泥沙分布受潮流变化的影响,进而了解核电工程建设通过影响悬沙分布对周围环境产生的影响。     

基于GOCI数据渤海海冰厚度算法研究

提出一种基于GOCI数据提取渤海海冰厚度方法并将其应用于2014年-2015年冬季渤海海冰厚度动态变化监测。首先基于高时间分辨率的GOCI数据建立GOCI短波宽带反射率与各波段反射率模型,然后建立海冰厚度与GOCI短波宽带反射率模型,并将此模型应用于渤海海冰厚度监测,最后通过基于MODIS数据、热动力学模型（Lebedev和Zubov模型）反演获得的海冰厚度以及实测海冰厚度数据对实验结果进行验证。实验结果表明：基于GOCI数据建立海冰厚度模型所反演的海冰厚度与基于MODIS数据反演的海冰厚度以及Lebedev和Zubov模型具有较高相关性（R2>0.86）,而且反演结果接近实测数据（RMS为6.82 cm）。     

基于GOCI影像的长江口及其邻近海域CDOM遥感反演及其日内变化研究

采用静止轨道海洋水色卫星（GOCI）数据对长江口及其邻近海域有色溶解有机物（CDOM）反演。以QAA-CDOM算法为基础,根据实测数据,利用BP神经网络模型来拟合QAA-CDOM算法中需要针对长江口水体进行优化的悬浮颗粒后向散射系数b_bp与吸收系数a_p的关系,从而准确估算CDOM的浓度。结果表明,反演结果准确度较高,平均相对误差为0.35。基于GOCI日内连续成像的优势,选取2014年3月15日8景GOCI影像,利用优化后的QAA-CDOM-BP算法,对长江口及其邻近海域CDOM的日内变化进行反演和分析,得到的变化规律如下:长江口及其邻近海域的CDOM日变化主要受潮流、长江径流等共同影响。长江口内CDOM浓度在涨潮期高于退潮期,由于受长江冲淡水的作用,CDOM从口外往外海区呈现逐渐递减趋势。     

基于GOCI影像的半月潮周期内渤海悬浮泥沙浓度变化研究

悬浮泥沙浓度(SSC)的变化对渤海海域的生态等有着重要的影响。本文基于已有表层水体SSC遥感反演算法进行了优化,利用较高时空分辨率的GOCI影像,基于优化后的模型对渤海表层水体的SSC浓度在半月潮周期中的时空分布与变化特征进行了研究。结果表明:(1)渤海各海湾表层水体SSC在半月潮周期内的变化规律存在差异。从小潮到大潮,辽东湾和渤海湾表层水体SSC先减小后增加,而莱州湾及黄河口附近海域的SSC则呈现出逐步降低的趋势。(2)渤海表层水体SSC存在明显的日内变化,且半月潮潮情对渤海SSC的变化作用显著。在一个连续潮周期中,除莱州湾和辽东湾外,渤海海域SSC的变化幅度总体上呈现出大潮时较大、平常潮次之、小潮时较小的特征。(3)渤海海域沿岸浅水区的SSC高于中部深水区,同时渤海海峡西北部脊沟区水体的SSC变化系数表现出与局部地形相似的辐射状的空间分布特征且与水深存在显著的负相关性,说明海底地形对SSC的空间变化具有不可忽略的影响。     

基于GOCI的渤海海域赤潮监测研究

自2000年以来,渤海海域每年都有赤潮发生,这往往使渤海沿海水域深受其害。世界首个地球同步海洋水色成像仪GOCI在监测渤海海域赤潮的分布和短期运动上具有明显的优势。利用GOCI遥感数据,建立了一个改进型赤潮指数(red tide index)的赤潮反演模型,并且证明了在浑浊水域中描述赤潮的有效性。2014年5月15日、26日和28日的每天8幅RI图像均呈现出赤潮面积先增大后减小的变化,并且使用RI阈值3.8,4和4.2,虽然赤潮面积有所改变,但1 d内相对的变化趋势仍基本保持一致。5月15日、26日和28日赤潮区域叶绿素a浓度均在11:30达到最大值,1 d内赤潮区域叶绿素a浓度的不断变化是引起赤潮的藻类垂直迁移导致的结果,从而导致赤潮1 d内发生明显的变化。因此,GOCI可以有效地进行渤海赤潮的短期和长期运动监测。