黄海、东海二类水体漫衰减系数与透明度反演模式研究

黄海、东海是典型的二类水体区域,总悬浮物含量高,水体光学特性复杂.利用2003年春秋季黄海、东海水色联合试验中获取的高质量现场实测数据,建立了由遥感反射比反演水体在490nm波段的漫衰减系数和海水透明度的统计反演模式.这两种模式皆采用490,555,670nm三个波段的组合,漫衰减系数的反演值和实测值的相关系数为0.96,平均相对误差为17.2%;透明度的反演值与实测值的相关系数为0.95,平均相对误差为16.8%.对两种反演模式对遥感反射比输入误差的敏感性进行了分析,结果表明反演模式对±5%的遥感反射比输入误差导致490nm波段的漫衰减系数反演误差最大为27.3%,透明度最大误差为22.7%,并利用2003年春秋季同一海区的实测数据对模型进行了检验,漫衰减系数的平均相对误差为25.0%,透明度的为16.5%.给出了412,443,510,520,555,565nm各波段的漫衰减系数同波段490nm的漫衰减系数之间的关系,结果表明,在400~600nm波段中的每一个波段的漫衰减系数与490nm波段的漫衰减系数的相关性较高,相关系数都超过了0.98.这样利用建立的各波段漫衰减系数关系模型可以从一个已知波段的漫衰减系数反演出其他任何波段的漫衰减系数,这就在水色反演和应用中大大减少了未知因子的个数.     

水体透明度两种半分析反演模型的对比与分析

针对目前反演遥感透明度的方法多是经验方法,而半分析方法运用在二类水体时,由于分析参数较难获取导致应用较少等问题,本文在缺少相关光学参数实测数据的情况下,基于GOCI卫星影像数据及实测透明度数据开展两种半分析透明度反演模型的对比与分析。首先选用555 nm和660 nm两种参考波段的QAA-v6算法分别反演水体固有光学参数,代入到Lee15和Jiang19两种半分析模型中定量反演胶州湾水域透明度。结果表明,660nm作为参考波段的Lee15模型反演精度更高,误差更小(R²=0.771, MAPE=0.137, RMSE=0.331)。为进一步探究各模型在不同透明度范围内的反演精度,将透明度范围分成3段(0.5～1.5, 1.5～2.5, 2.5～3.5 m)分别进行误差分析后发现, 660 nm Lee15模型在各分段均达到最佳精度。所以该模型能够为胶州湾这种二类水体的透明度反演提供一条有效途径。     

海水透明度遥感数据检验评估研究

海水透明度是潜艇潜没深度和水雷布设的主要参数,获取海水透明度的方法有传统船舶观测和卫星遥感反演监测.通过海水透明度传统船舶实测资料与卫星遥感监测资料的对比分析,检验评估了海水透明度遥感反演产品的精度,建立了两者的线性关系,校正了海水透明度遥感反演产品的精度.     

我国近岸Ⅱ类海水光谱特性的测量与研究

我国近岸的广阔海域均为Ⅱ类水体，这也是我国海洋水色遥感的重点和难点，结合多年海上现场测量数据，对我国近岸Ⅱ类海水光谱特性进行一定的分析，并对Ⅱ类水体的光谱测量技术中的关键问题进行了讨论。     

半分析模型在近岸及河口水体透明度反演应用研究

Secchi depth(SD, m) is a direct and intuitive measure of water's transparency, which is also an indicator of water quality. In 2015, a semi-analytical model was developed to derive SD from remote sensing reflectance, thus able to provide maps of water's transparency in satellite images. Here an in-situ dataset(338 stations) is used to evaluate its potential ability to monitor water quality in the coastal and estuarine waters, with measurements covering the Zhujiang(Pearl) River Estuary, the Yellow Sea and the East China Sea where measured SD values span a range of 0.2–21.0 m. As a preliminary validation result, according to the whole dataset, the unbiased percent difference(UPD) between estimated and measured SD is 23.3%(N=338, R~2=0.89), with about 60% of stations in the dataset having relative difference(RD)≤20%, over 80% of stations having RD≤40%. Furthermore, by excluding the field data which with relatively larger uncertainties, the semi-analytical model yielded the UPD of 17.7%(N=132,R~2=0.92) with SD range of 0.2–11.0 m. In addition, the semi-analytical model was applied to Landsat-8 images in the Zhujiang River Estuary, and retrieved high-quality mapping and reliable spatial-temporal patterns of water clarity. Taking into account the uncertainties associated with both field measurements and satellite data processing, and that there were no tuning of the semi-analytical model for these regions, these findings indicate highly robust retrieval of SD from spectral techniques for such turbid coastal and estuarine waters. The results suggest it is now possible to routinely monitor coastal water transparency or visibility at high-spatial resolutions from measurements, like Landsat-8 and Sentinel-2 and newly launched Gaofen-5.     

黄、东海二类水体水色要素的统计反演模式

根据高质量的现场实测数据,借鉴Tassan模式,得到了中国黄、东海近岸二类水体水色要素统计反演模式,填补了中国近岸二类水体水色遥感三要素反演模式的空白.现场测量数据的反演与实测的平均相对误差分别为 Chl-a 36 %～45 %,总悬浮物浓度20 %～30 %,黄色物质约为20 %.对该三要素统计模式对遥感反射率误差的敏感性进行了分析.模式比较表明,中国黄、东海长江口近岸水体的模型,特别是高浑浊度水体区域,与国际其他水体的模型参数有较大的差异.     

关于水色,透明度观测的探讨

“水色”、“透明度”均为衡量海水水质质量的重要参数,但在实际观测工作中,当水深值小于透明度值时,按“海洋调查规范”规定观测,却十分困难,无法进行。为了弥补这一不足,本文提出了一个简便易行的补充观测方法,愿供同行参考,共同探讨。     

1998～2010年夏季台湾海峡西部沿岸海水遥感透明度的年际变化

通过比较分析不同的透明度卫星遥感算法,提出将一个基于固有光学特性的、适用于沿岸海域的算法应用于台湾海峡西岸海域,反演获得1998～2010年SeaWiFS遥感透明度时间序列.根据这组时间序列数据,发现该海域夏季透明度低值(<4 m)年份出现在1998、2001和2006年,高值(最高值达到10 m)年份出现在1999、2004和2010年.控制这一年际变动的因素,以目前有限的数据来看,主要是径流与上升流共同引发的水华强度的变化.此外,该海域透明度在研究时段内没有呈现一定的变化趋势,甚至在2006年之后,似乎在持续加深,说明海峡西岸活跃的经济活动,在1998～2010的13 a间,暂时没有对沿岸水质产生显著的破坏性的影响.     

1986—2017年胶州湾水体透明度时空变化及影响因素研究

借助遥感技术能够获取长时序大范围数据的特点,利用1986—2017年的Landsat TM/ETM+/OLI影像,通过构建基于实测数据的定量反演模型,分析了32年来胶州湾海域水体透明度的时空分布特征和变化规律,并探究其主要影响因素。结果表明,年均水体透明度的变化范围为1.55～2.55m,且空间分布规律稳定,呈现东南高西北低的特点;季均水体透明度从高到低依次为冬季(2.09m)、春季(1.83 m)、秋季(1.82 m)、夏季(1.43 m)。利用气象数据及胶州湾流域的土地利用分类/景观格局数据,从自然环境和人类活动两方面分析影响胶州湾水体透明度时空分布的因素,发现胶州湾水体透明度与入海径流量、降水量存在显著的负相关关系,并受到近海养殖区破碎化程度和修建大型人工设施等人为因素的影响。     

一种实用的二类水体Sea WiFS资料大气校正方法

SeaWiFS是美国NASA于1997年8月发射的“海视宽视野传感器”(sea-viewing wide-field-of-viewsensor,简称SeaWiFS[1]),专门用于海洋水色遥感,代表了当今水色遥感的最高水平.SeaWiFS提供了8个波段的辐射值(412,443,490,510,555,670,765,865nm),1～6波段波带宽度为20nm,7和8波段波带宽度为40nm.     

Estimation of chlorophyll-a concentration in the Zhujiang Estuary from SeaWiFS data

The chlorophyll-a concentration is generally overestimated for the southern China coastalwaters if the default algorithm of the SeaDAS is employed. An algorithm is developed for retrieval of chlorophyll-a concentration in the Zhujiang Estuary, Guangdong Province, China, by using simulated reflectance data. The simulated reflectance is calculated corresponding to the SeaWiFS wavelength bands, via a general model by inputting measured water components, i.e. , the suspended sediment, chlorophyll-a, and yellow substance (DOC) concentration data of 130 samples. Empirical relationships of the chlorophyll-a concentration to 240 different band combinations are investigated based on the simulated reflectance data, and the band combination, R_5R_6/R_3R_4, is found to be the optimum one for the development of an algorithm valid for the Zhujiang Estuary. This algorithm is then employed to determine the chlorophyll-a concentration from SeaWiFS data. The estimated concentrations have a better accuracy than those obtai     

Remote sensing of particle backscattering in Chesapeake Bay: A 6-year SeaWiFS retrospective view

Traditional field techniques to monitor water quality in large estuaries, such as boat-based surveys and autonomous moored sensors, generally provide limited spatial coverage. Satellite imagery potentially can be used to address both of these limitations. Here, we show that satellite-based observations are useful for inferring total-suspended-solids (TSS) concentrations in estuarine areas. A spectra-matching optimization algorithm was used to estimate the particle backscattering coefficient at 400 nm, b_bp(400), in Chesapeake Bay from Sea-viewing Wide-Field-of-view Sensor (SeaWiFS) satellite imagery. These estimated values of b_bp(400) were compared to in situ measurements of TSS for the study period of September 1997–December 2003. Contemporaneous SeaWiFS b_bp(400) values and TSS concentrations were positively correlated (N = 340, r² = 0.4, P < 0.0005), and the satellite-derived b_bp(400) values served as a reasonable first-order approximation for synoptically mapping TSS. Overall, large-scale patterns of SeaWiFS b_bp(400) appeared to be consistent with expectations based on field observations and historical reports of TSS. Monthly averages indicated that SeaWiFS b_bp(400) was typically largest in winter (>0.049 m⁻¹, November–February) and smallest in summer (<0.031 m⁻¹, June–August), regardless of the amount of riverine discharge to the bay. The study period also included Hurricanes Floyd and Isabel, which caused large-scale turbidity events and changes in the water quality of the bay. These results demonstrate that this technique can provide frequent synoptic assessments of suspended solids concentrations in Chesapeake Bay and other coastal regions.     

Study on detection of coastal water environment of China by ocean color remote sensing

ＳＡＴＥＬＬＩＴＥＰＲＯＧＲＡＭＳＦＯＲＣＯＡＳＴＡＬＷＡＴＥＲＤＥＴＥＣＴＩＯＮＳｉｎｃｅｔｈｅ 1 980ｓ,ｇｒｅａｔａｔｔｅｎｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｐａｉｄｔｏｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎＣｈｉｎａ ,ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｏｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓａｔｅｌｌｉｔｅｐｒｏｇｒａｍｓｆｏｒｃｏａｓｔａｌｗａｔｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ.Ｔｗｏｏｃｅａｎｃｏｌｏｒｃｈａｎｎｅｌｓａｄｄｅｄｔｏｔｈｅｆｉｒｓｔｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｓａｔｅｌｌｉｔ…     

中国海洋卫星遥感技术进展

新中国成立70年来,中国在海洋卫星遥感技术领域取得了丰硕成果。中国制定了长远的自主海洋卫星发展规划,构建了海洋水色、海洋动力环境和海洋监视监测三大系列的海洋卫星,逐步形成了以中国自主卫星为主导的海洋空间监测网,在中国海洋资源与环境监测、海洋防灾减灾、海洋安全管理等方面发挥了重要作用。本文回顾了中国在海洋水色、海洋微波(海洋动力环境)卫星遥感技术的发展历程,重点介绍了中国在海洋卫星遥感技术领域所取得的新成果,并对中国海洋卫星遥感技术的未来发展进行了展望。     

2003年春季长江口海域黑水现象研究

长江口海域处于东海大陆架,水深较浅,受长江、钱塘江入海径流及潮汐搅拌的影响,水体浑浊度高,属于典型的二类水体。在浑浊二类水体由于水体中悬浮颗粒的散射作用,离水辐亮度通常较大洋清洁水体的大。通过分析2003年春季黄海、东海二类水体光学试验数据和同时段SeaWiFS卫星遥感数据,发现在长江口东南海域有一个归一化离水辐亮度极小的黑水区域,它在412~670nm波长的归一化离水辐亮度均小于0.5mW/(cm2·μm·sr)。利用现场实测的水体固有光学特性参数(色素吸收系数、非色素颗粒吸收系数、黄色物质吸收系数、颗粒散射系数、颗粒后向散射系数等)和水色要素浓度数据,分析了长江口海域黑水现象的机制,结果表明,长江口外黑水现象主要是由于水体后向散射系数值极小引起的,而造成颗粒后向散射系数值极小的原因主要有两种,一是颗粒物含量低,二是颗粒后向散射率的值小。黑水区浮游植物色素吸收所占的比例较高,大粒径的有机颗粒(浮游植物)导致黑水区域的颗粒后向散射率的值偏小。长江口海域黑水是在特定的颗粒物低含量及颗粒后向散射率极小的条件下出现的光学现象。     

水体透明度遥感反演算法研究进展

水体透明度(Secchi Disk depth,SDD)是水环境监测的重要参数,遥感技术对于监测水体透明度具有重要的应用前景。本文旨在分类和比较当前用于监测水体透明度的算法,并提出未来研究的方向,以推动水环境监测技术的进一步发展。文章对目前检索水体透明度的算法进行分类和比较。其中,经验算法、半分析算法和机器学习算法是目前研究的主要方向。通过分析算法特性和优缺点,提出未来研究的重点和方向。经验算法基于透明度与光谱数据、叶绿素a浓度等的相关性,半分析算法基于水下能见度理论,机器学习算法则基于更优的数据特征学习能力。不同算法具有各自的适用范围和限制。未来的研究应该着重于整合多源遥感数据,改进QAA (quasi-analytical-algorithm),深入分析光学参数与水体透明度的关系,将机器学习算法应用到水体透明度模型的建立中,以建立具有高精度、适用性广的反演模型。     

河口悬浮泥沙浓度Sea WiFS遥感定量模式研究

利用海洋水色卫星 Seastar/SeaWiFS数据和准同步实测表层含沙量资料,建立长江口区悬浮泥沙遥感定量模式.通过“exact closed-form”算法对多时相SeaWiFS数据进行几何定位,并利用大气辐射传输简化理论对其进行大气校正,求得各波段遥感反射率;在完成投影变换和几何精校正之后,建立遥感参数与含沙量相关关系,得到长江口区悬浮泥沙遥感定量模式.     

海水层辐射校准技术研究

为提高光学资料的利用率，确保光学遥感信息的精确度，必须对卫星获得的资料进行辐射校准，本文着重阐述我们通过在我国典型海区实测获取与卫星同步的海面归一化离水辐射率，对实用的大气模型进行选择及参数修正的研究，对卫星遥感资料获得的海面离水辐射率进行校准，论文给出了研究的一些主要结果。     

SeaWiFS遥感资料分析中国海域气溶胶光学厚度的季节变化和分布特征

通过与地基气溶胶观测数据的对比,确认了SeaWiFS气溶胶光学厚度产品用于研究中国海域气溶胶分布和变化特征的有效性。在此基础上,分析了中国海域气溶胶光学厚度的季节变化和地理分布特征。研究结果表明,中国东部海域平均气溶胶光学厚度存在以中纬度为中心的纬向分布;受沙尘、季风气候的影响,中国海域气溶胶光学厚度存在季节变化,不同海区有不同的季节变化和分布特征。渤海、黄海及东海有类似的变化特征,春季都受到沙尘气溶胶的影响,使中国东部海域气溶胶光学厚度普遍高于0.160,且对东海的影响最大;夏、秋季逐渐减小,冬季有所回升。南海气溶胶光学厚度均值为0.150,随时间变化不明显,但地理分布变化显著;受季风气候的影响,从春季到冬季,气溶胶光学厚度高值中心从高纬海域向低纬海域转移,范围也逐渐扩大。冬季南海大部分海域气溶胶光学厚度都达到0.160以上,是整个中国海域冬季气溶胶光学厚度最大的海区。气溶胶光学厚度的季节变化和地理分布特征为研究中国海区域气候变化和海洋生态提供了依据。