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。     

一种赤潮实时监测系统的设计

赤潮灾害预报技术是我国“十五”国家科技攻关计划重点项目,我们把GPS精确授时和定位技术应用于赤潮的监测,可以建立海水的实时监测系统,并对整个海域每一点的各种参数建立数据库,对于赤潮的产生原因和动态发展提供可靠的数字依据。     

基于地物光谱的赤潮优势种识别研究

利用2001年获取的不同优势种赤潮水体的现场光谱数据，处理得到了不同优势种赤潮水体的遥感反射率光谱曲线；在此基础上，发展了基于光谱角度制图法(Spectral Angle Mapping，SAM)和互相关光谱匹配法(Cross Correlogram Spectral Mapping，CCSM)的赤潮优势种识别算法。数据实验结果表明，上述两种方法对于实现基于光谱数据的赤潮优势种识别是基本有效的，且CCSM方法的识别结果略优于SAM方法。进一步提高上述方法的适用性在于大量获取不同优势种赤潮的光谱数据并建立赤潮光谱数据库。     

基于高光谱数据的赤潮检测方法

在讨论海水高光谱数据波形波峰和波谷产生机理的基础上,通过对高光谱数据波形结构形态的分析,提出了一组描述吸收峰和反射峰的特征参数,并且设计了一种计算这组特征参数的算法,然后基于其中的中心波长、强度和对应中心波长的值提出了3种赤潮识别的方法。试验证明这种方法可以成功地提取出吸收峰和反射峰的特征参数,3种赤潮识别方法可以进行赤潮的识别与预测。     

基于现场调查和MODIS卫星遥感下东海原甲藻主导的混合甲藻赤潮生消规律研究

浙江省南部沿海地区是赤潮灾害事件频发的海区之一.本研究通过现场调查以及利用搭载在极地轨道环境遥感卫星Aqua上的中等分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectro Radiometer,MODIS)传感器数据,研究了2016年5月浙江南部洞头和南麂列岛附近海域东海原甲藻(Pro...     

服务于赤潮高精度快速检测的决策树RX高光谱遥感算法

本文应用辽东湾鲅鱼圈研究区赤潮高光谱遥感数据,针对互信息RX(Reed-Xiaoli)和传统相关系数RX等单源算法赤潮检测结果不稳定,可能出现漏检和误检的问题,提出基于互信息和相关系数的决策树RX赤潮高精度检测模型,结果表明:与单源算法相比,决策树RX算法赤潮高光谱遥感检测得到的ROC曲线较稳定;与经典的非监督和监督遥感分类算法相比,决策树RX算法的错分情况明显减少,检测精度较高,总体精度达96%以上;子空间划分得到的特征波段组合,能够在不降低赤潮检测精度的前提下,检测速度提高3倍;耀斑抑制后数据1的特征波段组合赤潮检测总体精度提高了1.82%。     

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。     

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。     

估值类数据同化方法中背景场的确定——三维可分离的情况

以相关性为基础,详细研究了估值类数据同化方法中背景场的确定问题,并以渤海3月份到7月份的温度场为例,具体说明了如何确定背景场:当要素场在水平方向和垂直方向上可以进行分离变量时,背景场的确定可以通过单独确立水平相关性与垂直相关性完成。研究表明:(1)当没有温跃层时,温度在垂向上的相关是沿着整个深度的;(2)当有温跃层时,温度在垂向上的相关应该限定在上准等温层的下界;(3)在温度的垂向分布方面,其相关性与温跃层有着对应关系,对比相关性与温跃层可以看出,垂向相关性与温跃层位置的变化趋势一致。     

基于浮标观测的东海赤潮高发区秋、冬季漫射衰减系数的反演

浮标测量的光学数据时间序列长、分辨率高, 能可靠地测量快速变化的漫射衰减系数(K_d)。东海赤潮高发区水体中的浮游植物生物量及悬浮泥沙含量存在较大的变化, 光学性质复杂。文章利用2013年9月至2014年1月的海洋光学浮标数据, 获得了该海域水体的表观光学特性, 基于K_d(490)与遥感反射比[R_rs(λ)]的相关关系建立了K_d(490)的经验算法, 并与已有7种反演算法进行了比较。结果表明, 该海域的K_d(λ)及R_rs(λ)具有显著的Ⅱ类水体光谱特征, 其中, K_d(490)的范围为0.01~4.31m^-1, 水体的浑浊程度变化大。K_d(490)与R_rs比值的相关性较好, 据此建立了以R_rs(650)/R_rs(510)、R_rs(555)/R_rs(510)作为自变量的K_d(490)双比值经验算法。将新建算法反演获得的K_d(490)与实测K_d(490)相比, 均方根误差、平均相对误差百分比和线性回归的决定系数分别为0.27m^-1、27.08%和0.77, 优于其他7种算法。算法精度的提高源于新建算法选择的R_rs能充分反映水体信息, 并适应水体组分的变化, 可为东海赤潮高发区K_d(490)的反演提供较好的选择, 并为海洋光学浮标在水体环境监测中的应用提供示例。     

一个东海潮汐数值模式及检验

为验证一个东海潮汐数值模式结果的精度并了解我国东海区域的潮汐特征。该文使用T_TIDE对东海大桥南和洋山站的潮汐资料进行调和分析, 并针对所研究区域最主要的8个分潮: M₂、S₂、K₁、O₁、N₂、K₂、P₁、Q₁分别对比两站实测数据与模式结果的调和分析结果。结果表明: 两站点的模式结果和观测海表高度的均方误差D与潮汐产生的海表高度变化V的比值为25.99%和25.29%, 模式结果计算所绘制的M₂和K₁分潮的同潮图与前人研究结果在无潮点的位置、同潮时线、等振幅线的分布和趋势上相似。这说明了使用时间长度相同但年份不同的实测数据验证潮汐数值模式结果的可行性, 并能够帮助了解我国东海区域的潮汐特征。     

二维赤潮生态数学模型及其在渤海的应用

采用ADI的有限差分方法对不可压缩流体二维浅水环流方程离散和求解,建立水动力数学模型,用迎风格式离散赤潮生物动力学方程,通过水动力学和生物动力学相结合的方法,建立了二维赤潮生态数学模型。将所建立的二维赤潮生态数学模型应用于渤海,针对渤海海域2004年6月11～16日发生的棕囊藻赤潮进行了数值计算。对EOS/MODIS卫星拍摄的2004年6月份的渤海海区卫星遥感图像进行了处理,提取出海水中的赤潮信息,并计算出赤潮面积,使其与模型计算出的赤潮面积进行对比验证,结果基本吻合,表明该模型能够较好地模拟赤潮的生消过程,为渤海地区的赤潮预报提供了科学依据。     

东海平湖油气田平湖组沉积相研究

平湖油气田是东海陆架盆地投入开发最早的油气田,平湖组是其主要的产层之一。长期以来,由于对平湖组沉积相认识一直存在分歧,影响了对其油气分布规律的认识。综合古生物、地化、岩心、录井、地震等资料,分析认为平湖组的沉积相为受潮汐作用影响的辫状河三角洲相,发育的主要微相类型包括有水下分流河道、河口砂坝、水下天然堤、分流间湾微相。这为油田下一步勘探开发提供了有益的指导。     

Derivation of sea surface current field from sequential satellite images of the East China Sea

ThisprojectwassupportedbytheGermanMinistryofScienceandTechnology(BMFTBEO/7103F0016A)andtheStateOceanicAdministration,China.INTRoDUCTIONTheEastChinaSea,withanaveraged5oOkmcontinentalshe1f,containslargeamountofnaturalresourcesandfishinggrounds.ThewarmandsalineKuroshiowhichoriginatesfromtheNorthEquatorialCurrentintrudesintothisarea.ManylargeriverssuchastheChangjiangRiverandtheQiantangRiverprovidea1otoffreshwatertotheEastChinaSea.Somanywatersource%thecomplicatedoceantoPOgraphyasw…     

基于VB-FAH指数的黄海绿潮遥感监测及对比研究

目前绿潮遥感监测手段大多基于单一遥感数据,局限性很大,为了弥补监测中空间分辨率和时间分辨率低的问题,基于多源遥感数据,结合虚拟基线高度浮藻指数VB-FAH(virtual-baseline floating macro Algae height)和人工辅助判读方法,对2015—2016年黄海发生的绿潮(大型绿藻——浒苔(Ulva prolifera))进行了动态监测,并利用两景同步影像比较了高分一号卫星WFV(GF-1 WFV)数据和资源一号04星WFI(CBERS-04 WFI)数据的监测结果,同时也对卫星影像监测和船载监测结果进行了比较。结果表明:CBERS-04 WFI数据的监测结果与GF-1 WFV数据相比产生了15.3%~37.32%的相对偏差,主要原因是空间分辨率的差异导致的混合像元效应。对卫星影像监测结果与船测数据进行叠加对比,可以发现在Ⅲ级以上的绿潮数量级中卫星影像的监测精度较高。绿潮暴发的过程持续100 d左右,4月底—5月初绿潮开始在苏北浅滩浊水区出现,随着外界因素逐渐达到适宜生长的条件,绿潮不断生长直至暴发,并随黄海表层流向北漂移,直至山东半岛南部沿岸,7月份和8月份是绿潮的消亡阶段,8月中旬绿潮基本消亡。本研究成果提高了监测精度,可为绿潮的防控提供有效的信息支持。     

渤、黄、东海8个主要分潮的数值模拟研究

应用MIKE数值模拟软件,采用无结构三角形网格,建立一套计算区域包括整个渤海、黄海、东海以及东海大陆架和琉球群岛的高分辨率数值模型,考虑了实际水深和岸线,外海开边界采用西北太平洋大模型结果的潮位提供,模拟了东中国海潮波的波动过程,对潮波垂直运动过程进行调和分析,得到了渤海、黄海、东海的M2,S2,K1,O1以及N2,K2,P1,Q1八个主要分潮的传播和分布特征。利用中国沿海14个潮位站的调和常数对模型结果进行了验证,验证结果显示模型较为准确可靠。研究结果表明:4个主要半日潮(全日潮)在渤、黄、东海的传播情形基本相似,即潮波在渤海、黄海、东海沿岸的传播性质上类似沿岸开尔文波的传播形态,并且成功再现了计算海域的4个半日分潮无潮点和2个全日分潮无潮点。全日潮振幅各无潮点附近振幅最小,而海湾的波腹区振幅最大,东海潮差呈现近岸方向振幅大、离岸方向振幅小,浙闽沿海振幅也较大,黄海振幅相对较小,渤海振幅在辽东湾和渤海湾顶最大,两个无潮点周边振幅较小。     

渤海叶绿素浓度时空特征分析及其对赤潮的监测

基于2014—2015年MODIS数据分析了渤海表层水体叶绿素浓度的时空特征,并对赤潮进行了遥感监测。结果表明, 5—10月,渤海表层叶绿素浓度总体较高,其中在5月份达到峰值;空间上,叶绿素浓度由近岸向渤海中部递减,其中秦皇岛附近海域、莱州湾、渤海湾、辽东湾叶绿素浓度相对较高。基于16 mg/m3的叶绿素浓度阈值和ERGB影像,成功提取了渤海赤潮信息。秦皇岛附近海域是渤海赤潮的频发区和重灾区,赤潮发生于5月份,其分布范围在5月下旬达到最大。渤海赤潮分布与底部两个低氧区位置吻合,说明赤潮爆发可能对低氧区的形成和发展起重要作用。