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。     

河口及近岸海域环境污染研究动态

本文对该领域最近的国际研究动向与研究热点,新技术与新方法的应用进行了简单的介绍,并对未来可能的发展方向进行预测。     

利用SeaWiFS反演海水透明度的模式研究

海水透明度是描述海水光学特性的一个基本参数.根据水下光辐射传输理论及对比度传输理论,建立了海水透明度的半分析定量遥感模式.利用大量实测透明度资料对模式进行了验证,结果表明遥感反演透明度与实测透明度的相关系数为0.84,绝对平均误差为4.17m,相对平均误差为22.6%.最后利用建立的模式和Sea WiFS卫星资料制作了我国海域1999年的月平均透明度遥感产品.     

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。     

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。     

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。     

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.     

基于半分析模型的高光谱遥感水深探测方法

海岸带浅水和底质的成分复杂且分布不均,使遥感水深探测面临很大挑战.尝试通过利用Hydrolight 仿真建立的遥感反射率半分析模型来解决这个问题.采用英属维尔京群岛彼得岛的高光谱影像,应用非线性优化的方法提取了水下地形.从反演水深和海图标注水深拟合的趋势线斜率为0.939 2,决定系数为0.825 8.试验结果证明,使...     

青岛近岸海域海水透明度时空变化及与环境因子之间的关系

根据2014年3,5,8和10月青岛近岸海域的海洋监测资料,分析了海水透明度的时空分布状况。利用多元线性回归方法,以透明度为因变量,筛选出水深、水温、盐度、硝酸盐、亚硝酸盐、溶解氧和叶绿素a七个影响显著的关键环境因子,建立了最优的多元线性回归统计模型;利用单因子相关性分析方法和曲线拟合分析结果,进一步证明了海水透明度与叶绿素a含量、悬浮物含量及水深呈显著相关,并得出曲线拟合方程。     

基于半分析模型和非线性优化的高光谱遥感水深探测

海岸带浅水和底质的成分复杂且分布不均,使遥感水深探测面临很大挑战。 尝试通过利用 Hydrolight 仿真建立的遥感反射率半分析模型来解决这个问题。 采用英属维尔京群岛彼得岛的高光谱影像,应用非线性优化的方法提取了水下地形。 从反演水深和海图标注水深拟合的趋势线斜率为 0. 9392,决定系数为 0. 8258。 试验结果证明,使用定标好的高光谱影像进行海岸带地区快速水深探测是可行的。     

典型入海口海岸带生态环境质量遥感评价研究——以宝山区为例

为了研究入海口海岸带生态环境质量状况,基于遥感信息技术,从土地利用的角度,构建入海口海岸带生态环境遥感评价体系,通过层次分析法并结合专家咨询法,以上海市宝山区岸线向陆5 km区域为例进行评价,得到各区域综合评价值。结果表明,宝山区入海口海岸带以工矿仓储用地为主,该区域生态环境质量自西向东逐渐下降,在练祁河和马路河之间区域到达最低点,向东开始回升,总体生态环境质量呈较差状态。     

基于遥感海浪信息的近岸水深反演模型

基于遥感影像的测深技术具有易获取、成本低和覆盖率大等优势,是目前的研究热点问题之一。为在波浪折射的基础上,进一步综合考虑绕射及非线性的影响,本文提出了一种基于海浪波数和波高信息的近岸水深反演模型。将模型与Berkhoff 椭圆形浅滩理想试验对比,平均误差为0.13%,显著小于现有基于频散关系反演水深的方法。进一步应用模型反演三亚湾近岸地形,通过与海图对比,平均误差为11.58%,且大部分区域的误差小于10%。部分区域误差较大,主要是由于遥感影像获取的波数空间分辨率和精度较低。以上结果表明该模型可以利用遥感海浪信息较准确推算近岸水深。本文对于近岸浅海区的水深反演工作具有一定的参考价值。     

Landsat-8 TIRS数据在某核电站温排水监测中应用探讨

为探索Landsat-8 TIRS热红外数据在核电站温排水监测的应用能力,以某核电附近海域为研究区域,采用单窗算法建立核电站附近海域表面温度反演方法,并将该结果与时相接近的MODIS海温产品数据进行了对比分析。结果表明,反演的温度场可较精细地刻画该核电站附近温度场的分布情况,Landsat-8 TIRS数据可实现较高精度的核电站温排水监测。     

河口海岸泥沙输移的分组数学模型研究

根据河口海岸水沙输移的特点,建立了一个新的二维分组数学模型,用来预测该区域的水沙输移过程。该模型耦合了水动力模块、泥沙输移模块和床面演变模块。其中水动力模块基于浅水方程组,综合考虑了柯氏力、床面切应力以及表面风应力的影响,引入干湿判断法处理动边界。泥沙输移模块首先将泥沙按照粒径分组,针对不同泥砂性质,对各组泥沙分别进行建模求解。床面演变模块基于质量守恒方程,实时更新床面高程以及床沙级配变化,并传递给水动力模块,更新底部边界。该模型被应用在了英国塞汶(Severn)河口,其预测的泥沙浓度和实测数据以及不分组的模型的预测结果进行了比较,结果显示,文中建立的分组模型预测的结果要明显好于不分组模型。     

空间分辨率对水深遥感反演的影响分析

遥感水深反演中空间分辨率的影响是一个重要的科学问题。本文使用东岛的QuickBird和WorldView-2多光谱影像及实测水深点进行实验研究,实验使用了原始空间分辨率（2.4/2m）以及4种降空间分辨率（4m,8m,16m和32m）的影像,使用相同的水深控制点开展水深遥感反演,并对水深反演结果使用相同的检查点进行精度验证。实验结果表明,随着空间分辨率由2.4/2m降低至4m,8m和16m,水深遥感反演的精度呈现出逐渐提高的趋势,进一步降低空间分辨率则会导致水深反演精度下降。当影像空间分辨率为16m时,水深反演结果误差最小且与实测水深值相关性最高,此时两景影像的水深反演平均相对误差分别21.2%和13.1%,相对于最大值分别降低了14.7%和2.9%;平均绝对误差分别为2.0m和1.4m,相对于最大值分别降低了1.0m和0.5m。本文研究结果为水深遥感反演研究与应用中遥感数据的选择提供了参考。     

深圳沿岸海域净初级生产力的遥感反演及其时空变化分析

以深圳沿岸海域为研究区,以MODIS/AQUA卫星遥感产品为数据源,结合实测浮标数据修正了VGPM中叶绿素a含量的估算进而分析深圳沿岸海域净初级生产力的时空分布规律.研究表明:(1)深圳沿岸海域2014年2、5、8、10月的净初级生产力在空间分布上从近海向外逐渐降低,初级生产力整体呈现出\"西高东低\"的局面,且未有明显的季节性波动.(2)4个海区的叶绿素a含量均表现为夏季最高秋冬季次之,但各海区主要影响因素不同,珠江口主要受季风造成的浮游植物种类与细胞密度的季节变化影响,大亚湾主要受营养盐限制,大鹏湾的主导因素为湾内余流的季节变化,深圳湾的叶绿素a含量主要与浮游植物细胞密度的季节变化有关.(3)珠江口的初级生产力春夏季高于秋冬季;大鹏湾的初级生产力夏季最高,且季节变化趋势与叶绿素a表现一致;深圳湾的初级生产力夏季最高,且季节变化趋势与海表温度表现一致;大亚湾的初级生产力波动明显,夏冬季海洋初级生产力数值总体高于春秋季.     

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.