基于海洋一号D卫星海岸带成像仪的赤潮遥感监测特征

为进一步加强对赤潮等海洋生态灾害的动态监测,科学支撑海洋防灾减灾工作,文章基于海洋一号D卫星搭载的海岸带成像仪数据,选取北部湾、茂名近岸和陵水湾为研究区域,分析2021年2月发生的4例赤潮事件的遥感影像、叶绿素a浓度和赤潮指数特征。研究结果表明：遥感影像可清晰呈现赤潮分布状况,叶绿素a浓度和赤潮指数的异常值范围与遥感影像一致,赤潮水体的叶绿素a浓度和赤潮指数整体高于非赤潮水体。     

利用SeaDAS从SeaWiFS卫星数据反演中国东海叶绿素浓度

卫星海洋遥感反演海中叶绿素浓度,对海洋初级生产力估算及赤潮预报均有重要意义.本文介绍了SeaWiFS卫星传感器业务化算法OC4,利用SeaDAS软件反演中国东海叶绿素浓度,并与东海同步现场数据进行验证.结果表明:利用SeaDAS方法计算的东海叶绿素含量与实测含量之间具有较好的相关性,但总体上计算值要高于实际测量值;东海叶绿素含量具有分带性,河口、近岸海域高,中陆架次之,外陆架最低,这种发育特点与该海域的陆源营养盐输入、海洋动力系统有着显著的关系.     

基于GF-1号的舟山近岸悬浮泥沙浓度反演研究

文章利用舟山近岸实测光谱数据和国产卫星GF-1号宽视场成像仪(WFV)遥感数据,反演该海域悬浮泥沙浓度。结果表明:(1)线性模型和二次模型相比,二次模型的精确度略高于线性模型,但对于悬沙低浓度区,反演误差过大,故线性模型更适用于舟山近岸水体悬浮泥沙浓度反演;(2)GF-1号B2和B3是悬沙浓度变化的敏感波段,B3/B2波段组合的线性模型反演效果较好;(3)GF-1号遥感数据能够较理想地实现定量反演近岸水体的悬浮物。     

黄、东海区总悬浮泥沙对HY-1 CCD数据叶绿素浓度反演的影响

悬浮泥沙含量对叶绿素浓度遥感反演具有一定的抑制作用,我国近岸水体受其影响更为严重.利用国家卫星海洋应用中心组织的2003年春季大规模黄、东海区海上试验获得的较高精度实测数据,详细分析了该海区各站点总悬浮泥沙含量、叶绿素浓度与遥感反射率之间的关系,确立了悬浮泥沙含量对叶绿素浓度反演的影响方式,从而获得了不同悬浮泥沙含量条件下,HY-1卫星CCD等效波段的叶绿素浓度反演模式.分析结果表明,将总悬浮泥沙含量小于6 mg/L定义为中低混浊度水体,把大于6 mg/L定义为中高混浊度水体,然后通过选择不同的悬浮泥沙修正指数分别建模,相关性能够达到实用反演的要求.建模的精度分别为中低混浊度水体,相关性R2= 0.919,平均相对误差= 0.277;中高混浊度水体,相关性R2= 0.877,平均相对误差=0.564.中高混浊度水体叶绿素浓度的反演误差较大,主要体现在低叶绿素浓度区(Cchl<1 mg/m3),表明利用CCD数据反演中高混浊度水体低值叶绿素浓度模式还有待于进一步完善.     

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。     

南海北部叶绿素a浓度遥感反演算法评估与COCTS反演算法构建

本文利用2018年9—10月和2020年7—8月在南海北部海域获取的叶绿素a浓度和遥感反射率现场实测数据,对3种叶绿素a浓度标准算法（OC2v4、OC3M和OC4v4）及3种区域算法（OC4v4＿TP、OC2＿X、INOC3）进行了模型精度评估;根据我国自主海洋水色卫星（HY-1C和HY-1D卫星）搭载的水色水温扫描仪（COCTS）的波段设置,构建了适用于我国南海北部海域的两波段、三波段、四波段和五波段比值的叶绿素a浓度反演算法。研究结果表明：标准算法的反演精度优于区域算法;针对HY-1C和HY-1D卫星构建的五波段比值OC5＿C算法反演精度较标准算法反演精度有很大提高,叶绿素a浓度反演值与实测值的平均绝对误差为0.08μg/L,平均相对误差为21.36%,可为我国海洋水色卫星遥感数据在南海及同类水体的定量化应用提供算法支撑。     

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。     

基于半分析算法的赤潮水体固有光学性质反演

在珠江口海域海洋光学浮标实验期间获取了赤潮生消过程的水体光学数据和相应的生化数据.利用该实验数据开展了准分析算法(quasi-analytical algorithm,QAA)反演赤潮水体固有光学参数的精度检验和模型修正工作.(1)利用遥感反射率和QAA反演主要水色波段(412,443,490,510,560,620和...     

基于光谱差异的东海赤潮提取算法

赤潮是最严重的海洋灾害之一,它不仅破坏海洋渔业生产、恶化海洋环境、影响滨海旅游业,而且还会影响人类健康。东海是我国赤潮灾害的“高发区”,赤潮发生次数和面积均明显高于其它海区。遥感是赤潮监测的最有效的手段之一,从光谱曲线可以看出,赤潮水体和非赤潮水体光谱曲线有明显的区别,前者呈现出2个吸收峰和2个反射峰,而后者不具备该特征。基于光谱差异,本文提出了1种新的赤潮提取算法:R_rs555/R_rs488>1.5且R_rs678-R_rs667>0。该算法能有效地确定卫星数据中赤潮的位置,与公报的赤潮位置吻合得较好。因此,该算法适用于卫星数据的东海赤潮信息提取。     

2014年渤海海域赤潮遥感监测研究（英文）

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受其影响。卫星遥感技术和海洋水色观测卫星图像,已经成功地用于识别和观测赤潮的发生、发展和消亡。然而,由于研究的水体、使用的遥感数据和建模方法都各不相同,因此需针对渤海海域的水体特点建立特定的赤潮反演模型。本文利用MODIS光谱反射率数据和渤海海域实测叶绿素a浓度进行了相关分析,选择表达式(B10-B8)/(B13-B8)作为渤海海域赤潮反演的指标,相关系数达到0.781 5,呈现显著相关结果。研究发现2014年渤海海域赤潮灾害的时空分布特征较为明显。其中渤海海域赤潮大规模爆发的主要原因归结于其半封闭型的地理形态导致的水交换不畅和沿岸径流的大量陆源物质输入,河流输入是陆源污染入海的主要来源。然后,本文利用云覆盖较少的GOCI遥感数据,建立了一个改进型赤潮指数的赤潮反演模型,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30日的每小时RI图像在一天中呈现出基本一致的赤潮变化,并且一天中渤海海域的赤潮面积变化非常明显,赤潮藻类优势种的垂直迁移可能是导致赤潮表面表达短期变化的主要原因。     

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。     

基于MODIS影像的2016—2017年东海赤潮高发期水体时空分布及其气象控制因子分析

近年来,东海区域赤潮灾害频发,对沿海地区的经济发展和海洋生态环境造成了极大的破坏。本研究基于赤潮暴发年2016—2017年夏季MODIS影像数据,采用半经验多光谱识别算法对东海夏季赤潮暴发期的水体类型分布特征进行反演。结果表明,赤潮高发期东海水体类型从近岸向开阔海域呈现浑浊水体 赤潮水体 混合水体 干净水体的时空分布特征。其中,硅藻和甲藻赤潮水体在空间分布上具有相互演替变化的特征。此外,通过对浙江省近岸的大陈站、石浦站和嵊泗站3个站点的气象因子进行主成分分析发现,气温、风速和天空云量对赤潮的生消演替起着积极的促进作用。     

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。     

大连长兴岛海域疏浚区GF-1 WFV影像悬浮物遥感反演研究

利用2017年8-9月期间大连长兴岛海域实测遥感反射率、悬浮物浓度及GF-1 WFV数据,研究了该区域悬浮物浓度的遥感反演算法,发现遥感反射率与悬浮物浓度的散点图存在两种不同的变化趋势,将2008-2015年期间辽东湾内其它海域的数据与长兴岛海域数据进行叠加后,可初步推断产生两种变化趋势的主要原因在于疏浚区与非疏浚区悬浮物的粒径大小不同,导致其光学特性和反演算法也存在差异。将两种算法分别应用于2017年9月20日辽东湾及长兴岛近岸海域的GF-1 WFV4影像,发现采用非疏浚区算法反演长兴岛海域悬浮物浓度时,出现明显的低估现象,而疏浚区算法则能较好地反映出疏浚施工过程中悬浮物的分布规律,具有较好的工程应用价值。     

珠江河口混浊高产水域叶绿素a浓度的遥感估算模型

近年来为提高混浊高产水体叶绿素a浓度的估算精度,Gitelson等提出了一种基于红与近红外3个波段遥感反射率的概念模型.文章基于2004年的实测数据,检验该概念模型在珠江河口水域的适用性,估算该概念模型以及它的特殊形式--两波段模型对应的光谱位置,在此基础上构建利用卫星数据提取珠江河口水域叶绿素a浓度的遥感估算模型.结果表明,珠江河口混浊高产水域叶绿素a浓度与三波段模型和两波段模型均有很强的线性相关性,相关系数分别达到0.91与0.88.构建的三波段模型和两波段模型估算的叶绿素a浓度与实测叶绿素a浓度的均方根差(RMSE)分别为5.82mg·m-3和6.53mg·m-3,精度高于其他常用算法.根据MERIS的波段设置构建的三波段模型估算的叶绿素a浓度与实测叶绿素a浓度的RMSE为6.47mg·m-3,显示了良好的应用潜力.     

大连湾及邻近海域水体叶绿素浓度荧光遥感算法研究

叶绿素荧光遥感算法为探测近岸海域二类水体叶绿素浓度开辟了新途径．基于大连湾及邻近海域的实测数据,本文研究了海水叶绿素浓度的荧光遥感算法．结果表明：随着海水叶绿素质量浓度的增高,荧光峰出现显著的红移现象,叶绿素质量浓度与荧光峰波长存在着正相关关系．此外,基于MODIS、MERIS及GLI传感器荧光波段建立的荧光基线高度算法较差,不适用于该研究海域．选择680、685、690、695、700、705nm作为荧光峰波长建立的荧光基线高度算法,随着选定波长的增大,该算法拟合的相关性逐渐增高,最大相关系数（R2）可达0．91;而以实测荧光峰波长建立的荧光基线高度算法最佳,乘幂函数拟合优于线性拟合,拟合方程为P（chl）=3．167×10^5 FLH^1.45（R2=0．93）．本研究为新一代海洋水色卫星传感器的开发、建造提供了科学依据,并为已有高光谱传感器在叶绿素荧光遥感反演方面的应用打下了基础．     

海水光谱模拟及其在黄色物质遥感反演中的应用

以海洋水色因子(悬浮泥沙、叶绿素、黄色物质)浓度的大量实测资料为主要输入，对水体光谱反射率进行模拟(正演)，进而分析黄色物质浓度与模拟光谱资料的关系，确定提取黄色物质浓度信息的最佳波段组合，并以此波段组合建立黄色物质浓度信息提取模式(反演)。对模拟光谱资料与卫星遥感光谱资料的关系进行了推导，将反演模式应用于卫星遥感资料，并利用SeaWiFS资料提取珠江口水域黄色物质浓度信息，初步实现了海水黄色物质浓度的卫星遥感信息提取。     

HY-1 CCD宽波段水色要素反演算法

利用2003年春季黄海、东海区现场实测数据,建立了HY1卫星4波段CCD成像仪水色要素反演算法.由于HY1CCD的宽波段特性阻碍了黄色物质的反演,因此反演的水色要素仅包括水体表层的总悬浮物、悬浮泥沙(SS)以及叶绿素a的浓度.现场遥感反射率光谱由ASD地物波谱仪测量,对于叶绿素a的浓度利用现场萃取荧光法测量,总悬浮物、悬浮泥沙由实验室滤膜称重法获得.反演算法的拟合相关系数均大于0.88,平均相对误差在40%以下.对反演算法进行了误差灵敏度分析,结果表明对于总悬浮物、悬浮泥沙和低浊度水体中的叶绿素a的浓度反演算法能够满足日常的业务运行要求,但是对于高浊度水体中叶绿素a的浓度反演算法对某个波段组合比较敏感,仍需要进一步探讨.     

福建平潭近海赤潮预警模型研究*

本文分析了福建省平潭近海海域2013—2019年水文、水质及气象数据的主成分结果, 筛选出5个气象因子和4个水质因子作为输入指标, 以藻密度为输出指标, 分别演算了KNN (K-nearest neighbor)、RF (random forest)、GBRT (gradient-boosted regression Trees)以及Bagging (bootstrap aggregating)4种赤潮预警回归模型。对2013—2019年的802 组海洋监测数据归一化处理后, 随机选取80%的数据作为模型的训练样本, 剩余的20%作为模型验证数据。其中, 以风速、气温、海平面气压、叶绿素a浓度组合为输入指标时, KNN回归模型演算结果的精度较高(R²=0.624, RMSE=0.821μg·L^-1, MAE=0.836μg·L^-1)。在没有叶绿素a浓度监测指标的海域, 构建了以叶绿素a浓度为输出指标, 气温、日照、风速、AOI(apparent oxygen increase)组合为输入指标的BP神经网络赤潮模型, 该模型也具有较好的预警精度(R²=0.651, RMSE=0.062μg·L^-1, MAE=0.033μg·L^-1)。本研究结果可为平潭海域的赤潮预警研究提供参考。