基于GF-WFV的厦门海域水体悬浮物浓度反演

为利用遥感技术快速、及时的掌握厦门近岸海域水体中悬浮颗粒物的总体分布情况,现场测量了厦门海域水体的下行入射辐射、天空光以及经过水气界面后反射回的辐射,计算了该海域水体表面的离水辐射获得了水体表面以上遥感反射率;同时采集了与光谱信息同步的水体样品,并分析了水体中的悬浮颗粒物质量浓度,获取了对应站位的水体反射波谱曲线和采集样品的浓度数据.通过研究不同站位水体的反射光谱数据,依据GF-WFV波段设置,对现场实测的光谱数据进行了拟合,并创建了基于GF-WFV拟合波段的悬浮颗粒物浓度经验反演算法.通过研究发现拟合(Rrs3+Rrs4)/Rrs2(其中Rrs1、Rrs2、Rrs3、Rrs4分别是GF-WFV第1、2、3、4波段的遥感反射率)同实测水体悬浮颗粒物质量浓度之间的决定系数为0.655,依据研究得出的反演算法反演该海域水体悬浮颗粒物质量浓度,其均方根误差为11.03 mg/dm3,相对误差为8.40 mg/dm3.利用同步的GF-WFV遥感数据对厦门近岸水体中总悬浮颗粒物质量浓度进行了研究,获取了研究区水体悬浮颗粒物的空间分布情况,结果表明GF-WFV遥感数据能很好的反映厦门近岸水体悬浮颗粒物浓度分布状况.     

基于半分析方法的黄河口悬浮物浓度遥感反演

河口区的悬浮物浓度受陆源输入和水动力等其他因素的影响严重,具有重要研究意义。本文利用黄河口及其邻近区域采集的145个站位光谱数据和悬浮物(Suspended Particulate Matter,SPM)浓度数据,检验了Nechad模型、多波段准分析算法(Quasi-Analytical Algorithm,QAA)、最优化模型和半经验辐射传输模型(Semi-Empirical Radiative Transfer,SERT)在黄河口水域的适用性。结果表明,QAA561模型和Nechad561模型在低浓度水域反演结果较好,QAA655模型反演结果较差,Nechad665模型适合于低浓度水域,但反演精度低。QAA865模型和Nechad865模型在中高浓度水域的反演结果较好。SERT655模型反演精度较低。最优化模型和SERT滑动模型的反演精度较高。由于黄河口水域悬浮物浓度变化范围较大,因此,本文建立了分段QAA模型和Nechad模型。分段模型的反演结果均优于单一模型。根据误差敏感性分析可知,Nechad分段模型和QAA分段模型对于遥感反射率的50%以内的误差不敏感,稳定可靠。将分段模型应用于Landsat-8 OLI数据,获取了悬浮物浓度时空分布图。结果表明,反演结果与已有研究具有相似的分布特征。两种模型得到的悬浮物浓度在数值上存在差异,然而分布趋势在中高浓度季节有非常好的一致性。     

基于神经网络的黄东海春季二类水体三要素浓度反演方法

介绍了一种基于人工神经网络的二类水体海域的三要素浓度反演方法。根据2003年春季黄东海试验中获得的高质量现场数据,建立了由现场测量遥感反射率分别反演三要素浓度的神经网络模型。反演的平均相对误差分别叶绿素32．5％,黄色物质8．9％,总悬浮物24．2％。同时分析了神经网络模型在水色反演模式应用中的稳定性。     

基于Landsat 8影像的黄河口悬浮物质量浓度遥感反演

悬浮物质量浓度是黄河口海域重要的水质和水环境监测参数之一,直接影响着水面以下光场的分布,进而影响水体的初级生产力和水域生态环境。本文基于2011年6—7月和11—12月共计89组现场实测悬浮物质量浓度和光谱数据,分析了黄河口及其附近海域不同悬浮物质量浓度的水体光谱特征,尝试利用多种波段组合建立悬浮物质量浓度遥感反演算法。结果表明865 nm波段与波段比655 nm/560 nm组合形式算法反演结果最优,算法相关系数R²为0.95,平均相对误差为25.65%。将算法应用于2014—2016年共7景Landsat 8 OLI遥感影像,分析了不同年份黄河口悬浮物质量浓度的时空分布特征,黄河口海域悬浮物质量浓度分布总体呈现近岸高,离岸低的特点,不同时期悬浮物质量浓度量值上有显著变化。     

基于多极化后向散射系数的海洋悬浮物反演研究

以珠江口东岸香港海域为研究对象,准同步获取实测悬浮物浓度和Radarsat-2影像数据.对影像进行滤波处理和掩模处理后,利用Radarsat-2四种极化下的后向散射系数建立悬浮物浓度单极化回归模型;通过多极化后向散射系数构造多个遥感参数,运用相关性分析得到4个敏感因子,建立悬浮物浓度多极化回归模型.最终得到研究区域悬浮物浓度的反演模型为:SSC=11.08+0.06(HH+VV)-0.002(HH+VV)2,R2=0.84,其中SSC为悬浮物浓度,HH和W为该极化下的后向散射系数,R2为决定系数.研究表明:HH和W极化的后向散射系数之和对研究区域悬浮物反演最为敏感,得到的反演模型能较好预测海洋悬浮物的分布情况.     

基于分析模型的太湖悬浮物浓度遥感监测

悬浮物浓度是水质评价的一项重要指标,利用遥感技术准确获取区域面状水域悬浮物浓度信息,是遥感监测水质参数的一项重要任务。利用地面实测的14个样点的光谱数据,将2004年7月26日太湖TM数据的DN值,校正为遥感反射率,并利用Gordon模型和太湖水体固有光学特性,建立水体反射率模拟的分析模型,模拟水体R(0-),进而利用TM数据反演水体悬浮物浓度,并绘制太湖悬浮物浓度分布图。将悬浮物浓度反演的结果与14个样点的实测结果相比较,其中,有79%的样点的估计精度高于70%,有64%的样点的估计精度高于80%。     

基于遥感光谱反射率反演黄河口海域Ⅱ类水体悬浮泥沙浓度模型

依据黄河口海域含沙水体野外实测光谱反射率为参考实验数据,结合水体表面光谱观测数据建立了经验回归模型,从而定量估测黄河口海域水体表层悬浮泥沙质量浓度,最终得出黄河口海域不同年份水体的悬浮泥沙质量浓度图,这对分析河口海岸带冲淤变化过程具有重要的意义。     

实际气象场驱动下太湖悬浮物浓度的模拟研究

本文利用高频变化的实际气象数据, 在考虑波浪作用的前提下利用FVCOM (Finite-volume Coastal Ocean Model)模式模拟了太湖底泥再悬浮的情况。模拟结果表明, FVCOM模式在考虑波浪作用下对太湖悬浮物浓度的模拟结果与卫星反演结果吻合较好。在模拟时刻, 湖心区和西南湖区是悬浮物浓度的大值区, 其原因在于: 湖心区虽然底泥较少, 但其流场的分布总是有利于周围悬浮物向湖心区输送; 而西南湖区本身有底泥的分布, 在上升运动和流场的配合下, 一方面有悬浮物向该区域输送, 另一方面该区域有沉积物悬浮。模拟时刻切应力和悬浮物浓度的空间配置是不一致的, 说明了底部切应力并不是影响悬浮物浓度的唯一因子, 还与湖流的输移和底泥的分布有关。     

珠江口海域叶绿素a质量浓度SAR反演模型

以珠江口海域的Radarsat-2全极化SAR数据和海域表层水面叶绿素a质量浓度实测数据为基础,利用微波散射原理及Cloude-Pottier理论对SAR图像进行分解,得到平均散射角a、散射熵H及VH、VV、HH、HV等6个参数;采用BP人工神经网络模型建立上述6个参数与叶绿素a质量浓度的数学关系模型,并结合实测数据对叶绿素a质量浓度进行分类.结果表明:当隐含层节点数为9,输入层和隐含层传递函数分别为tansig和logsig,学习速率和动量系数均为0.2时的网络结构对叶绿素质量浓度反演取得了较好的效果,叶绿素a质量浓度实测值与预测值之间的决定系数(R2)为0.826.将模型应用于不同时期的2幅图像进行验证,效果良好,与实际情况基本相符.     

基于SDGSAT-1影像的总悬浮物浓度反演方法研究

总悬浮物浓度是海洋的重要水质参数之一,其对水体透明度、水下光场及初级生产力有显著影响,同时对河流入海口与海岸带冲淤变化过程有重要作用。本文基于我国自主研制的SDGSAT-1卫星遥感影像,使用准分析算法（Quasi-Analytical Algorithm,QAA）获取水体固有光学量,并结合2022年4月黄河口区域总悬浮物浓度实测数据,建立水体固有光学量与总悬浮物浓度实测数据的单波段、波段加减、波段比值,以及多波段组合等模型并开展遥感反演,最后将反演结果同实测数据及基于Sentinel-2B影像的总悬浮物浓度反演结果进行对比。研究结果表明：基于SDGSAT-1影像的总悬浮物浓度反演结果在黄河口高浓度区域的决定系数为0.622,均方根误差为7.94 mg/L;基于Sentinel-2B影像的总悬浮物浓度反演结果在黄河口高浓度区域的决定系数为0.589,均方根误差为8.27 mg/L。故在我国近岸海域总悬浮物浓度反演方面,SDGSAT-1影像反演精度与Sentinel-2B影像反演精度相媲美。     

乐清湾悬沙的浓度分布与运移

本文根据冬、夏、秋3季29站次的周日水文泥沙观测资料,通过对悬沙浓度和单宽输沙特征值的计算,讨论了该湾悬沙浓度的分布规律以及单宽输沙与悬沙运移的特点。     

东山湾波浪对悬沙浓度场影响的数值模拟研究

研究了波致底切应力和二维辐射应力对悬沙的作用.首先对东山湾的水动力进行了数值模拟并与实测资料进行了对比检验,然后对东山湾悬浮泥沙进行了考虑波浪和不考虑波浪两种情况下的数值模拟并与实测资料进行了相关对比分析.在模式建立过程中,依据东山湾独特的窄口型半封闭河口海湾的特点,基于ECOMSED模式（2002）建立了东山湾三维水动力模型,并通过第三代海浪模式MASNUM加入了波浪对底切应力及辐射应力的影响,通过ECOMSED中的底边界层模型考虑了波浪增强底摩擦的作用,综合分析了东山湾的水动力及泥沙状况.结果表明在东山湾数值模拟中,该模式能较好地模拟这类海域的水动力及泥沙输运状况.在东山湾模拟计算中,潮流的作用强于波浪的作用,但考虑波浪因素后,泥沙模拟结果更好.在波浪的作用中,底切应力相比于二维辐射应力占有绝对的优势,两者相差2个量级以上,因此可以不考虑二维辐射应力的影响.     

江苏近岸海域HJ CCD影像悬浮泥沙遥感反演

基于2012~2014年期间江苏近岸海域实测遥感反射率、悬浮泥沙浓度及HJ CCD数据,建立该海域HJ CCD影像悬浮泥沙遥感反演模型。通过研究水体实测反射光谱特征,确定对悬浮泥沙浓度变化的敏感波段,并与悬浮泥沙浓度进行函数拟合分析。结果表明:将HJ CCD Band3的等效遥感反射率、HJ CCD Band3与Band2等效遥感反射率的比值分别作为敏感因子,并采用对数函数模拟低值区、指数函数模拟高值区获得的叠加模型表现最为突出。通过卫星应用发现,第2、3波段比值模型的遥感反演结果与实际情况相符,可有效削弱大气校正、表观反射率到遥感反射率的转换方法以及HJ CCD辐射分辨率较低等一系列问题的干扰,为江苏近岸海域HJ CCD悬浮泥沙遥感反演的最优模型。     

黑泥湾近岸悬沙分布与扩散变化监测

利用2004年冬季对黑泥湾近岸海域悬浮体调查资料及2个时相的遥感影像,探讨了该海域悬浮体的分布和扩散特征,分析了影响悬浮体分布的主要因素和悬浮体的主要物质来源.结果表明,影响本海域悬沙质量浓度及其分布的主要因素是风浪掀沙和潮流.夏季,近岸悬沙质量浓度高,向海逐渐减少;冬季,悬沙质量浓度近岸低,向海逐渐增大.由于本海域没有大的河流泥沙汇入,悬沙的主要物质来源是沿岸侵蚀、冲沟排沙和海底泥沙再悬浮.     

基于GF-4卫星的杭州湾悬浮泥沙浓度遥感监测研究

悬浮泥沙作为重要水质参数,其分布和动态变化对河口及近岸的生态、环境、物质循环等都具有深远的影响。我国静止轨道高分四号(GF-4)卫星数据具有高时间和高空间分辨率的观测优势,在水色遥感上具有重大应用潜力。为探究GF-4卫星对悬浮泥沙浓度的监测能力,本文以杭州湾为研究区,构建反演模型,利用静止海洋水色成像仪进行交叉验证。结果表明,以GF-4卫星第5和第4波段遥感反射率的比值作为遥感因子建立的反演模型精度较高,决定系数为0.92,均方根误差为223.2 mg/L,平均相对误差为17.2%。交叉验证结果显示,GF-4卫星作为一种新的遥感数据源,在低浓度区与静止海洋水色成像仪反演悬浮泥沙浓度分布相似,但在高浓度区的差异随浓度增高而增大,总体可满足中国大部分海区的监测需求。     

渤海湾泥质区南部悬浮体夏季输运过程与机制

为了解渤海湾泥质区南部近岸及毗邻海域夏季悬浮体输运格局,分别在湾内、湾口、湾口外和黄河口外NE向剖面处设置站位,进行25 h海流、温盐连续观测及悬浮体浓度（SSC）测定。结果显示,高温淡水以羽状流的方式自近岸向渤海中部传输,高浊度悬浮体多出现在涨急和落急的流速较高时期,较高的SSC值多出现在距底5 m水深范围,其中湾内和湾口两站的底层SSC值最高,分别可达约130 和80 mg/L,黄河口外NE向剖面20 m以深海域SSC值最小,均低于40 mg/L。单宽输沙率具有潮周期性特点：湾内A1站涨潮和涨平期以向湾内近岸输沙为主,落潮和落平期以向湾外输沙为主,潮平均单宽输沙率为7.8 g·m−1·s−1,方向为280°;湾口A2站涨落潮流输沙方向相反,整体以SE向朝湾外近岸输沙为主,潮平均单宽输沙率为7.2 g·m−1·s−1,方向为328°。湾外A3站涨潮和涨平时期输沙方向基本相反,大小相当,落潮和落平时期输沙方向以偏E和偏NE向为主,潮平均单宽输沙率为4.7 g·m−1·s−1,方向为77°。黄河口SE向的两个站位涨潮时输沙偏SE向,涨平时输沙偏NW向,落潮时输沙偏NW向,落平时输沙偏N向和偏NE向,两站的潮平均单宽输沙率方向以偏N向为主,A4站的潮平均单宽输沙率为5.2 g·m−1·s−1,方向为94°,A5站潮平均单宽输沙率为7.7 g·m−1·s−1,方向为102°。潮平均单宽输沙率以拉格朗日输沙贡献最显著,在湾口泥质区南部和东南部水深15～25 m的海域,垂向净环流的影响较大,有抵消一部分拉格朗日输沙率的作用,且对潮平均单宽输沙率的影响比湾内和25 m以深海域的大,其他分量数量级较小,对潮平均单宽输沙率贡献较小。水体以混合为主,水体层化程度加强对各站位悬浮体输运均有一定的抑制作用。     

浙江象山港海域悬沙浓度分布变化及其水动力影响分析

利用冬、夏两季象山港15个同步连续站和60个准同步大面站实测悬沙浓度数据,结合实测潮流、盐度等海洋水文资料,分析了象山港海域悬沙浓度变化规律。结果表明,象山港海域悬沙浓度分布具有较明显冬季大于夏季、大潮期大于小潮期以及湾口向湾顶逐渐减小的变化特征。这些特征主要受制于冬季高含沙量、低温、低盐的闽浙沿岸流与夏季高温、高盐、低含沙量的台湾暖流的交替作用和半月潮周期潮流动力变化的影响。在这种背景下,由于潮流动力作用,大小潮周期中底部沉积物与水体悬浮泥沙之间存在再悬浮与沉降的交换过程。     

巴达棱湾悬沙分布特征及动力机制

利用2007年4月和7月在巴达棱湾进行的旱季和雨季水位、流速、悬沙浓度的全潮观测资料,结合2007年5月~2008年4月周年风、波浪资料,分析该海域悬沙分布特征和运移趋势,并利用机制分解法分析悬沙输运机制。结果表明,研究海域的水体含沙量存在旱季低、雨季高的季节变化,以及大潮高、小潮低的潮期变化;在平面上表现出东西两侧大、中间小,近岸高、远海低的分布特征。单宽输沙量方向与余流方向一致,表现为旱季冲刷、雨季淤积,即旱季指向外海,雨季指向湾内。通量机制分析结果表明,欧拉余流是悬沙输运的主要控制因素,其方向和大小决定了泥沙输移方向和输移量,在水深较深海域,垂向重力环流是相对次要的,而在水深较浅的海域相对次要的是悬沙潮泵输运项。     

福宁湾海域冬季大潮期悬浮泥沙输运特征

基于2014年12月在福宁湾附近海域8个站位的同步水文泥沙观测资料,分析了冬季大潮期悬浮泥沙分布以及输运通量的变化规律,并结合理查森数、水体混合所需的势能、潮动力引起的水体势能变化率的计算结果,初步探讨了水体的垂向混合对于悬浮泥沙垂向分布的影响,研究了悬浮泥沙的输运机制。结果表明,从湾内到湾外,温度、盐度总体上呈现递增的趋势;平面上各站位悬浮泥沙浓度由湾内向湾外递减;潮周期内悬浮泥沙浓度变化存在不对称性,总体来说,湾内及湾口处（1#站除外）涨潮阶段悬浮泥沙浓度高,湾外（4#站除外）落潮阶段悬浮泥沙浓度较高。从湾内向湾外,随着水深的增加潮周期内水体的垂向混合逐渐减弱,悬沙浓度的垂向差异逐渐增大。悬浮泥沙输运在湾内及湾口整体表现为向陆输运,在湾外为向海输运。在湾内及湾口处,各分层悬浮泥沙的输运方向大多向陆,且量值较高,而湾外的悬浮泥沙输运方向在垂向上存在差异。由于潮流不对称以及悬浮泥沙的滞后效应引起的潮泵项输运对总的悬浮泥沙通量起主要贡献。