秋冬季节珠三角典型区域气溶胶浓度垂直分布的激光雷达反演

气溶胶与全球热辐射平衡、水循环、人类健康密不可分,其观测精度直接影响天气预测、气候建模以及对人类健康影响评估的精度,激光雷达能监测气溶胶的垂直分布,对污染气溶胶的扩散趋势、污染源反演、气候预测等均有重要意义。本文基于激光在大气中的辐射传输过程,根据米散射激光雷达的工作原理,使用雷达的多个系统参数计算雷达常数,建立激光雷达气溶胶质量浓度反演模型,从地面向上在晴空条件下进行了珠三角地区典型区域的秋冬季节气溶胶垂直观测的实验,计算气溶胶质量浓度的垂直廓线,反演气溶胶的垂直分布情况。验证与分析结果表明:(1)激光雷达反演结果显示,白天的反演结果中噪声大大减少,表明反演算法能够有效减弱太阳光的影响。(2)相比于传统方法,使用雷达常数而非边界值的反演结果波动较小,更符合实际,能够有效避免高空噪声的影响。(3)高层大气在晴朗静稳天气状况下较为干净,气溶胶基本分布在低空区域,质量浓度随高度基本呈负指数分布。     

珠江河口潮周期泥沙动态输移特征遥感反演分析

珠江河口属粤港澳大湾区核心水域,战略位置重要,区内河网密布交错,河道、河口区径流与潮流相互作用,泥沙运动较为复杂。泥沙输移是河床演变的物质来源,直接关系到粤港澳大湾区防洪、供水、航运安全。文章利用高分四号卫星高频次影像数据开展珠江河口区潮周期内水表层泥沙定量反演,结合野外观测数据,以枯季2019-12-28及洪季2020-06-20两期多时相数据为例,探究潮周期内珠江河口泥沙含量时空分布。结果表明,高分四号卫星影像数据大气校正平均绝对百分比误差为18.85%;基于高分四号卫星影像数据近红外、红波段与蓝波段比值构建了泥沙反演模型,实现对珠江河口区间隔2 h日变化尺度泥沙输移连续动态监测,其中洪、枯季最优模型MAPE误差分别为30.00%、23.54%。反演结果能较为形象地展示河口区整体泥沙动态输移特征,与实测站点泥沙质量浓度相比,反演结果在潮周期泥沙质量浓度变化趋势上相一致,实现了珠江河口区径潮作用下面上泥沙动态输移的特征分析。该方法为复杂河口泥沙输移大范围业务化监测提供了新的思路,同时为珠江河口泥沙输移数值模拟与遥感监测提供了交叉验证的新思路。     

面向Sentinel-2影像的亚像元级水体提取方法

结合Sentinel-2影像及其他高分辨率卫星数据进行长序列、高频次、大范围的水面率、蓄水量、生态流量等水资源要素监测具有重要意义。为了提高水体提取精度,解决利用多源中高分辨率卫星数据提取水体时的空间尺度效应问题,本文提出了一种面向Sentinel-2影像的亚像元级水体提取方法(简称SWES)。首先利用RWI提取纯水体像元,然后利用膨胀算法提取水陆边界混合像元,最后为解决地物的类内光谱变化问题,采用考虑空间信息的多端元光谱混合分析算法(MESMA)求解水陆混合像元中的水体丰度。3个试验区的结果均表明,SWES取得了较好效果,平均RMSE为0.147,水体提取效果均优于自动亚像元水体提取方法(简称ASWM),尤其在水陆混合像元较多的坑塘养殖区。SWES在试验区获取的水体面积也有较高精度,平均相对误差为8.03%,低于ASWM的20.23%,结果表明SWES能够有效提升水域面积提取精度。     

高分一号WFV影像的深圳市水库CODMn浓度时空分布特征

COD_Mn是反映水体有机污染程度的一个重要水质参数。地表水有机污染遥感监测主要面临两个挑战：技术方法大多基于经验模型,依赖大量实测数据;有机污染评价的综合性指标,水质参数不明确。针对上述问题,本文从辐射传输机理出发,基于研究区水体特征,考虑悬浮泥沙、叶绿素、耗氧性有机物3大水质因子,提出一种反演机理清晰、参数意义明确的像元反射率与COD_Mn浓度的物理模型。通过深圳市3大水库COD_Mn浓度反演与验证,决定系数R²达到0.832,模型方法可靠明。对3大水库COD_Mn浓度时空分布特征研究,结果表明：（1）3大水库总体COD_Mn浓度不高,受到轻度有机污染。（2）浓度高值区多在库角居民区附近,水库连接处未出现污染扩散。（3）2018年3月—2019年5月,库区水质改善,与2018年深圳市治水专项活动背景保持一致,建议水库水质保护核心是控制外源污染,避免丰水期污染源的输入。本文的模型方法是基于广东省典型水体光学参数,而水体固有光学特征具有季节差异,未来将进一步研究水体固光学特征变化模式,以提高模型的稳健性。此外,还可结合高分六号等谱段更多的卫星开展浅水区COD_Mn浓度反演的研究。     

东江流域地表水功能区水质对土地利用的响应

以广东省东江流域2013年地表水功能区水质监测数据和Landsat8 OLI遥感影像为数据源,通过遥感信息提取、GIS空间分析和数理统计方法,对不同空间尺度河岸缓冲带土地利用结构与水体中的高锰酸盐指数（CODMn）、氨氮（NH3-N）和总磷（TP）进行相关性分析。结果表明：1）在水功能区中,开发利用区河岸带的城市化程度较高,水质状况相对较差;保护区、保留区、缓冲区河岸带用地类型以耕地和林地为主,水质状况明显优于开发利用区。2）耕地、林地和草地对水质具有正效应,水体和建设用地对水质具有负效应;同时,建设用地对水质影响作用最强,其次是水体和耕地。3）CODMn与耕地、林地、草地、建设用地的相关性远高于NH3-N和TP,3种水质指标与水体相关性都较大。4）耕地和草地与水质在小尺度范围内相关性最为显著;林地和建设用地与水质相关性随河岸缓冲带尺度增大而增大,水体与水质相关性随河岸缓冲带尺度不同呈波动性变化。