基于Landsat-8数据南海近岸悬浮泥沙与叶绿素a浓度定量反演

为了对南海近岸海域海水悬浮泥沙与叶绿素a进行浓度估算,基于Landsat-8数据确定悬浮泥沙与叶绿素a的敏感波段并构建估算模型。结果表明,Landsat-8数据第一、二、四波段对悬浮泥沙浓度较为敏感,第一、二、三波段对叶绿素a浓度较为敏感,而以上单波段仍不能单独用于准确提取该区悬浮泥沙与叶绿素a,故建立多种形式的统计模型。由第一、二、四波段线性组合形成的悬浮泥沙浓度反演模型的相关系数达到0.904,平均相对误差为10.24%,反演精度为89.76%。由第一、二、三波段线性组合形成的叶绿素a浓度反演模型的相关系数达到0.886,平均相对误差为11.27%,反演精度为88.73%。     

基于遥感方法反演悬浮泥沙分布

基于遥感理论,采用地物光谱仪与光电测沙仪对同一水样同步测量的方法,确保建立相关关系数据的同步性;由地物光谱仪测得的光谱值推算出遥感反射率,并等效计算ETM₊图象相应波段的遥感反射率;由光电测沙仪测出悬浮泥沙浓度;通过对等效算出的ETM₊各个波段遥感反射率和悬浮泥沙浓度这两组数据的相关分析,得到4种形式的经验模型.结果表明,TM₄与TM₁波段光谱值的比值与悬浮泥沙浓度之间的相关系数最高,故应用该模式进行研究区域悬沙浓度反演.     

利用MODIS反演长江中游悬浮泥沙含量的初步研究

在众多卫星传感器中,中等分辨率成像光谱仪(MODIS)数据因其高的时间分辨率和中等的空间分辨率,对于水质研究具有自身的潜力和优越性.选取长江中游主河道武汉至宜昌段为例,利用MODIS 250 m波段数据定量反演了内陆河流悬浮泥沙的质量浓度.研究结果表明,地面实测的悬浮泥沙质量浓度与MODIS1,2波段的反射率组合(R1-R2)/(R1 R2)有很好的相关关系(相关系数 R2=0.72,样品数n=41),基于这种相关性建立了长江中游主河道武汉至宜昌段表层悬浮泥沙的遥感定量反演经验模型.     

河流水体悬浮泥沙遥感研究进展与展望

河流悬浮泥沙动态监测对河道变迁、水利工程安全运行、生态和环境保护等都具有重要的应用价值,利用遥感技术可对大区域河流水体悬浮泥沙进行实时监测。与海洋和湖泊等大面积水体相比,当前对河流悬浮泥沙遥感关注较少,且已有研究主要关注入海河流河口区域。为充分发挥不同时间、空间和光谱分辨率多源卫星遥感资料优势,实现更广泛区域、不同级别河流的悬浮泥沙输运遥感监测,对国内外已发表的关于河流悬浮泥沙卫星遥感的数据源和模型进行了系统归纳,总结出河流悬浮泥沙卫星遥感研究中面临河流遥感反射率高精度提取、悬浮泥沙浓度高精度遥感和基于二维表层悬浮泥沙浓度遥感的三维通量遥感等挑战和难点;在此基础上,从去除邻近效应大气校正、考虑悬浮泥沙粒径分布的浓度遥感和悬浮泥沙输运通量三维遥感3个方面对河流悬浮泥沙遥感监测的未来发展进行了展望。     

东中国海表层悬浮体浓度卫星遥感反演研究进展

用卫星遥感手段反演海洋表层悬浮体浓度(Suspended Sediment Concentration,SSC)来研究其分布和输运的方法已经被广泛使用。东中国海属于水文和光学性质较为复杂的二类水体,表层悬浮体浓度的分布规律和水体的固有光学特性时空变化大,增加了遥感研究的难度。在对前人的研究进行比较和总结后发现,根据实测SSC数据对不同区域、不同时间段(季节、潮汐周期)建立分段模型可以提高整体反演精度。在选择参与反演的波段时,河口和近岸等高SSC海域以及远岸低SSC海域有各自不同的最优波段组合。高SSC海域常使用水体反射率第二反射峰、第一反射峰前波段作正比波段组合参与反演,低SSC海域常使用水体反射率第一峰波段作正比、峰前波段作反比参与反演。同时,在反演模型中考虑泥沙粒径的影响可以显著提升反演精度,并且也有可能在浅海区突破现有遥感研究手段的水深限制。目前模型精度评价标准使用较为混乱,平均相对误差、平均绝对误差和均方根误差等可以作为综合精度评价指标,模型的稳定性则可以用误差敏感性分析方法验证。高时空分辨率的海色卫星传感器的出现使得海洋短时间尺度事件的研究成为海色遥感研究的趋势之一。     

渤海表层悬浮泥沙的空间模态及其时间变化

针对整个渤海海域悬浮泥沙分布全貌研究的不足,基于2000-2004年连续5年的354个SeaWiFS反演的渤海表层悬沙浓度资料,经多年月平均得到其季节变化特征;通过经验正交函数分解,给出其空间模态及时间系数,揭示渤海表层悬浮泥沙的空间分布特征及其随时间的变化。渤海表层悬沙浓度除秦皇岛海域外近岸高,离岸低,辽东湾东岸浓度远大于西岸;冬季浓度最高,春秋次之,除河口海域外夏季浓度最低;河口海域冬夏季均为浓度高值区。经验正交分解显示第一空间模态反映渤海悬沙浓度的总体分布特征,其显著变化周期为12个月,显示渤海表层悬沙的季节变化特征。第二空间模态反映黄河入海径流对渤海表层悬沙浓度分布格局的影响, 其周期为6个月,代表黄河口海域悬沙浓度的变化周期。第三模态显示渤海不同海域悬沙浓度的增加或减小过程并不同步,存在明显的位相差异。     

基于高光谱数据提取水体叶绿素a浓度的混合光谱模型

从模型的精度和稳定性方面,与传统的经验模型比较显示,利用原始数据的一阶微分数据进行叶绿素a浓度混合光谱模型反演最佳。最后,以此模型对三种不同年份测量的地面高光谱数据进行了叶绿素a浓度的提取。实验结果表明混合光谱模型可以作为遥感监测水体叶绿素a含量的定量模型。     

基于WorldView-Ⅱ高分数据的盐湖矿化度含量定量反演研究——以尕斯库勒盐湖为例

鉴于盐湖水体矿化度含量定量反演研究较少,且中、低空间分辨率遥感数据反演的矿化度含量精度偏低,文章以柴达木盆地西部尕斯库勒盐湖为例,基于WorldView-Ⅱ高空间分辨率遥感数据和实测矿化度数据,开展了盐湖湖表水体矿化度含量定量反演技术研究。通过开展盐湖水际线提取、盐湖水体矿化度光谱诊断特征分析、矿化度识别遥感指数构建、矿化度遥感信息分离和线性回归模拟,构建了盐湖矿化度含量定量反演模型。经评价,模型反演精度为96.61%。研究结果表明,基于WorldView-II高分数据定量反演盐湖矿化度含量的方法是有效的,该方法对于快速定量识别盐湖矿化度含量,降低盐湖矿化度调查和分析成本,预测富矿水域具有十分重要的意义。     

南海珊瑚礁光学浅水海域多光谱遥感水深反演

海洋水深信息对研究珊瑚礁海域资源与环境具有重要作用。南海珊瑚礁海域测深数据受多种条件限制施测困难,在时间与空间方面数量非常有限。文章针对南海岛礁海域以I类水体为主导的海水光学特性,以南沙群岛库归沙洲海域为例,使用Sentinel-2多光谱卫星遥感影像和同期过境的MODIS卫星数据,构建底质光谱,采用半分析半经验模型计算海水表面遥感反射率与海水叶绿素浓度,通过对数比值模型进行该地区光学浅水海域遥感水深反演分析,并进一步通过多时相反演水深融合提升精度。经与多波束实测水深数据验证,研究区域反演水深总体均方根误差和平均相对误差分别为2.68 m 和9.99%。该方法通过叶绿素浓度推演部分海水光学特性,可以从多光谱卫星影像中快速获取南海岛礁光学浅水海域初步水深信息,供相关海洋领域分析与应用。     

洞庭湖和鄱阳湖泥沙冲淤特征及三峡水库对其影响

长江中游江湖关系复杂,分布有中国第一、二大淡水湖泊,江湖关系演变对防洪、生态等影响重大。通过分析反应长江中游洞庭湖和鄱阳湖泥沙冲淤的实测水沙和地形资料,初步掌握了湖区泥沙冲淤特征及主要影响因素,并着重探讨了三峡水库蓄水对两湖泥沙冲淤的影响。结果表明,近10年洞庭湖和鄱阳湖湖区泥沙淤积速度明显减缓,部分年份出现冲刷,其中洞庭湖湖区泥沙沉积率下降主要由来沙减少引起,三峡水库拦沙作用的影响明显;鄱阳湖区冲刷主要集中在入江水道,采砂活动影响显著,三峡水库蓄水影响尚不明显。     

Spatial and temporal variations of suspended solid concentrations from 2000 to 2013 in Poyang Lake,China

Concentrations of suspended solids in lakes can affect the latter’s primary productivity and reflect changes in sediment deposition. Determining the temporal and spatial distribution of suspended solid concentrations has important significance in lake water environmental management; this is particularly urgent for Poyang Lake, the largest freshwater lake in China. In this study, suspended solid concentration inversion models for Poyang Lake were created using a semi-empirical method with regression analysis between continuously measured suspended solid concentration data and multi-band moderate-resolution imaging spectroradiometer images for spring, summer, autumn, and winter from 2009 to 2012. The coefficient of determination (R²) is from 0.6 to 0.9 and the average relative error for the accuracy verification was between 10 and 30%. The seasonal distributions of suspended solid concentrations in Poyang Lake from 2000 to 2013 were then obtained using optimal reversal models. The results showed that the seasonal variation in suspended solid concentrations had a “W” shape in which high spring and autumn and low summer and winter values. The suspended solid concentrations increased annually from 2000 to 2013 and were mainly distributed in the northern and central portions of the lake, with lower values along the shorelines. Further analysis indicated that the large difference in water level between the wet and dry seasons is an important factor in explaining these seasonal variations. Moreover, the suspended solid concentrations were poorly correlated with water temperature and chlorophyll-a concentration but more highly correlated with the deferred chlorophyll-a concentration.     

三峡水库运用对鄱阳湖调蓄能力的影响

鄱阳湖调蓄能力受“五河”(赣江、抚河、信江、饶河、修水,以下简称五河)及长江干流的双重影响,三峡水库运用后,干流水文情势变化影响鄱阳湖与长江之间的水量交换。基于实测资料统计和湖口出流影响因素分析,建立了一种新的鄱阳湖出流及临界调蓄水位的计算公式,进而对三峡水库运用前后鄱阳湖各月调蓄水量的变化情况进行了定量分析。研究结果表明,长江干流和五河来流通过改变星湖落差和湖口水位来影响湖口出流及湖泊调蓄水量,但影响过程及影响量有所差异,若湖口水位不变,五河入流每增加1000m^3/s,湖口出流约增加304m^3/s,九江流量每增加1000m^3/s,湖口出流约减小723m^3/s。三峡水库运用会改变湖泊调蓄水量,年内各月相比,9月鄱阳湖水量减小约49.4%,5月鄱阳湖水量增加约47.7%。     

波致海床瞬态液化对再悬浮贡献率的深度学习预测方法

波致瞬态液化渗流导致海床内细粒沉积物向海水中运移,这一过程对海底沉积物再悬浮的贡献率不容忽视,但是贡献率的准确估计和预测比较困难。本研究将黄河水下三角洲的观测数据(包括水深、有效波高、有效波周期、实验舱内悬沙浓度、实验舱外悬沙浓度)作为模型输入数据集,基于长短时记忆循环神经网络建立了瞬态液化对再悬浮贡献率的深度学习预测模型。为了客观评价模型的性能,以平均绝对百分比误差、均方根误差和平均平方误差-标准偏差为评判标准,将该深度学习模型与其他预测模型(支持向量回归模型、人工神经网络)的预测结果进行了比较。结果表明,基于长短时记忆循环神经网络的深度学习模型对3.5d以内的瞬态泵送再悬浮贡献率预测误差最小,其平均绝对百分比误差、均方根误差和平均平方误差-标准偏差分别为5.87%、1.6730、0.1574。因此,该模型可以有效地减少机器学习方法在连续预测中产生的误差叠加问题。     

鄱阳湖水系重金属元素地球化学特征及入湖通量

江西省多目标区域地球化学调查显示,鄱阳湖流域河流两岸土壤(河漫滩沉积物)中存在明显的重金属异常带。为揭示河流两岸河漫滩沉积物(土壤)中重金属元素的来源、输送通量及其沉积历史,分别于丰水期和枯水期系统采集了鄱阳湖流域赣江、信江、饶河、抚河、修水及鄱阳湖湖水、悬浮物等样品,分析As、Cd、Pb等元素含量。研究表明：As、Pb、Cu、Zn等元素在研究区河流中的含量普遍较高,不同时期河水中的元素含量有较大的差异;各重金属元素在研究区河流迁移形式有很大的差别,As和Cd主要以离子态形式迁移,但Cd悬浮态迁移形式所占比例也很大;Pb、Zn、Cu和Ni主要以悬浮态形式迁移;重金属在河流水体和悬浮物两相中的分配受水体pH值、温度和悬浮物浓度等因素影响,不同的元素受这些因素的影响程度有很大的差别;按各支流输送通量,赣江和信江对湖区重金属元素输入通量的贡献最大,是鄱阳湖Cd等重金属元素的最主要来源。     

水位变化对鄱阳湖苦草潜在生境面积的影响

苦草是鄱阳湖越冬水鸟的重要食物资源,为量化水位变化对鄱阳湖苦草生境的影响,基于环境流体动力学模型(EFDC)和生境适宜度曲线,构建了鄱阳湖苦草生境数值模拟模型;对三峡水库175 m试验性蓄水后鄱阳湖苦草潜在生境面积变化进行了连续模拟,建立了苦草潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积变化与星子站水位的定量响应函数;并据此分析了三峡水库运用及拟建鄱阳湖水利枢纽对苦草潜在生境面积的影响。星子站水位15 m左右时苦草潜在生境面积最大,潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积分别为1 703 km^2和2 336 km^2。三峡水库运用可有效保障鄱阳湖苦草潜在生境面积,但其扰动幅度也明显减小,潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积序列标准差在三峡运用后减幅分别达到27%和47%。拟建鄱阳湖水利枢纽调控水位在其下闸蓄水期和长江上游水库蓄水调节期内宜分别控制在16 m以下和13.5 m以上,可保障潜在适宜生境及水深≤4 m水域面积与最大值相比减幅分别控制在20%和10%以内。成果明晰了水位变化对鄱阳湖苦草潜在生境面积的定量影响规律,为江湖新水沙条件下鄱阳湖生态系统保育提供了量化依据。     

水位变化对鄱阳湖苦草潜在生境面积的影响

苦草是鄱阳湖越冬水鸟的重要食物资源，为量化水位变化对鄱阳湖苦草生境的影响，基于环境流体动力学模型（EFDC）和生境适宜度曲线，构建了鄱阳湖苦草生境数值模拟模型；对三峡水库175 m试验性蓄水后鄱阳湖苦草潜在生境面积变化进行了连续模拟，建立了苦草潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积变化与星子站水位的定量响应函数；并据此分析了三峡水库运用及拟建鄱阳湖水利枢纽对苦草潜在生境面积的影响。星子站水位15 m左右时苦草潜在生境面积最大，潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积分别为1 703 km²和2 336 km²。三峡水库运用可有效保障鄱阳湖苦草潜在生境面积，但其扰动幅度也明显减小，潜在适宜生境和水深≤4 m水域面积序列标准差在三峡运用后减幅分别达到27%和47%。拟建鄱阳湖水利枢纽调控水位在其下闸蓄水期和长江上游水库蓄水调节期内宜分别控制在16 m以下和13.5 m以上，可保障潜在适宜生境及水深≤4 m水域面积与最大值相比减幅分别控制在20%和10%以内。成果明晰了水位变化对鄱阳湖苦草潜在生境面积的定量影响规律，为江湖新水沙条件下鄱阳湖生态系统保育提供了量化依据。     

1956～2005年鄱阳湖入出湖悬移质泥沙特征及其变化初析

利用江西省五大河流控制水文站与湖口水文站实测悬移质泥沙资料,分析鄱阳湖1956～2005年入出湖悬移质泥沙基本特征,揭示鄱阳湖入出湖悬移质泥沙在近50年的变化状况及其形成原因;在此基础上探讨鄱阳湖悬移质泥沙平衡情况及其发展态势。表明近20年鄱阳湖入湖悬移质泥沙逐渐减少,近10年出湖悬移质泥沙大幅增多,湖盆容积呈现出快速加大的趋势。