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.     

基于MODIS L1B数据的黄海悬浮体季节性分布的反演

基于2010—2011年春、秋和冬季在黄海3个航次调查取得的悬浮体数据,结合MODIS L1B遥感数据,建立基于MODIS第4波段反射率的表层悬浮体浓度(SSC)的反演模型。利用合成的MODIS月均数据和悬浮体反演模型,反演出黄海表层悬浮体的月际分布,并对形成机制进行探讨。结果显示:黄海悬浮体分布有3个高值区,分别对应3个悬浮体来源,苏北浅滩及成山头高值区来源为海底泥沙的再悬浮,山东半岛北岸高值区来源为由渤海海峡输入黄海的泥沙。黄海悬浮体的分布及扩散具有显著的季节性变化特征,冬季,由于冬季风形成的波浪与沿岸流强盛,黄海3个高值区明显,其中山东半岛北岸与成山头形成一条连续的高悬浮体浓度水体条带;春季,由于波浪及沿岸流减弱,黄海悬浮体浓度显著减小,山东半岛北岸与成山头成为2个独立的高值区,表明其不同的悬浮体来源;夏季,仅苏北浅滩形成由于潮流导致再悬浮的悬浮体浓度高值区;秋季,由于冬季风逐渐加强,黄海悬浮体浓度显著增加,并逐渐过渡到冬季分布状态。     

悬浮泥沙浓度遥感反演模型研究

对实验室固定粒径的悬浮泥沙水体的反射率光谱特征进行了分析,选取反射率的敏感波段,建立了遥感反射率和悬浮泥沙浓度的遥感反演模型;同时,又利用野外现场实测的光谱反射率和悬浮泥沙中值粒径,建立受粒径影响的悬浮泥沙浓度反演模型。结果表明,主成分模型的反演效果最好,其次是幂指数模型,而线性模型的反演效果较差。     

黄、东海边界悬浮物输运量的卫星遥感估算

利用2002—2015年的中等分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS)第4波段反射率产品对黄、东海边界的悬浮物输运情况进行了分析, 同时利用黄、东海2003年现场实测的悬浮物含量数据和这期间准实时的MODIS影像数据, 建立了基于MODIS第4波段遥感反射率的悬浮物含量遥感反演模型。基于该模型, 反演黄、东海表层悬浮物浓度, 并计算悬浮物扩散面积。利用反演得到的表层悬浮物浓度和悬浮物浓度垂向预测模型, 获取垂直方向上的悬浮物浓度, 同时结合水深、扩散面积数据, 计算特定时刻水体中的悬浮物含量。利用插值方法获得整个输运过程中各时刻水体中的悬浮物的含量, 计算各个时刻悬浮物含量的总和作为悬浮物的输送量。对2002年10月至2003年4月黄海向东海的悬浮输送量进行估算, 估算结果为153Mt。     

基于Landsat8数据的舟山群岛海域悬浮泥沙浓度遥感研究

文章利用舟山近岸海域实测水体光谱及泥沙浓度数据,分析光谱反射率与悬浮泥沙浓度的相关性,并结合Landsat8遥感数据进行该海域的悬浮泥沙浓度遥感反演。研究表明：随着水体悬浮泥沙浓度的增加,各波段的反射率相应增加,且不同波段的增幅有明显不同,水体光谱曲线存在“双峰”现象;Landsat8遥感数据的波段4与波段3的比值与悬浮泥沙浓度的相关性较好;舟山群岛海域总体处于高泥沙浓度的状态,岛屿近岸悬浮泥沙浓度明显高于开阔水域,岛屿周围的悬浮泥沙浓度呈现“西高东低”的格局;一元二次方程模型（二次模型）对舟山海域水体的悬浮泥沙浓度反演精度较其他模型（线性模型,对数模型,指数模型,幂指数模型）高;Landsat8遥感数据可用于舟山海域悬浮泥沙浓度的监测。本研究成果能为近岸海域港口建设、航道安全、环境监测等研究提供数据支持。     

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.     

渤黄海海域悬浮体季节性分布及主要运移路径

依据国家自然科学基金委公共航次2010年和2012年4个航次在渤黄海海域获得的现场悬浮体浓度数据及CTD海洋水文观测数据,结合MODIS L1B数据第4波段反射率值,建立了悬浮体浓度(SSC)与反射率强度的反演模型,反演了渤黄海海域表层悬浮体的月均分布。综合现场实测数据和遥感反演结果,研究渤黄海海域悬浮体的季节性变化特征。利用HYCOM数值模拟得到的各个层位流速数据,分析渤黄海海域主要断面的悬浮体扩散通量。结果表明,渤黄海海域表层悬浮体浓度高值区主要分布在黄河口莱州湾及渤海湾附近沿岸海域、山东半岛沿岸、苏北浅滩至长江口一带、罗洲群岛附近海域以及沿岸其他小河流入海口。渤黄海海域水体结构具有季节性变化特征。夏季,水体上下温差大、层化较强、水动力条件较弱,海域悬浮体浓度相对较低。而在冬季,海域气温较低,水体上下温差小,同时,渤黄海海域强劲的东北风盛行,水体混合强烈,海域悬浮体浓度较高。同时,黄海暖流和山东半岛沿岸流等流系加强,携带悬浮体的能力和效率均大大提高,冬季成为海域悬浮体输运的主要季节。在冬季,黄河三角洲沿岸、山东半岛沿岸以及苏北海岸等区域在强动力作用下的再悬浮成为海域的悬浮体主要来源。黄河三角洲沿岸再悬浮的沉积物通过渤海海峡的南端输入北黄海,在沿岸流的作用下悬浮体输送通量沿程增大,经过成山头海域后转向南输送,输送通量沿程减少,沉积物在黄海中部泥质沉积区汇聚。沉积动力的分析结果显示,冬春季节在山东半岛区域形成的混合锋面对悬浮体的输运路径有重要的影响。     

江苏近岸海域HJ CCD影像悬浮泥沙遥感反演

基于2012~2014年期间江苏近岸海域实测遥感反射率、悬浮泥沙浓度及HJ CCD数据,建立该海域HJ CCD影像悬浮泥沙遥感反演模型。通过研究水体实测反射光谱特征,确定对悬浮泥沙浓度变化的敏感波段,并与悬浮泥沙浓度进行函数拟合分析。结果表明:将HJ CCD Band3的等效遥感反射率、HJ CCD Band3与Band2等效遥感反射率的比值分别作为敏感因子,并采用对数函数模拟低值区、指数函数模拟高值区获得的叠加模型表现最为突出。通过卫星应用发现,第2、3波段比值模型的遥感反演结果与实际情况相符,可有效削弱大气校正、表观反射率到遥感反射率的转换方法以及HJ CCD辐射分辨率较低等一系列问题的干扰,为江苏近岸海域HJ CCD悬浮泥沙遥感反演的最优模型。     

春、秋季黄东海海域悬浮体平面分布特征及海流对其分布的影响

利用2003年春季(4月)和秋季(9月)两次对南黄海及东海北部海域II类水体悬浮体质量浓度的调查资料,得到了本海域近期悬浮体的平面分布特征,并分析了海流对本海域悬浮体分布的影响。结果表明,本海域春季悬浮体质量浓度明显高于秋季;受黄海沿岸流、黄海暖流及台湾暖流的影响,春季苏北浅滩悬浮体呈西北-东南舌状向深海运移,秋季悬浮体以苏北浅滩高值区为中心向外海扩散;长江及杭州湾入海泥沙基本都沉降在123o30′E以西的海域内。     

南黄海与东海北部春季悬浮体颗粒有机碳分布

2006年4—5月对南黄海和东海北部进行了悬浮体调查,分析研究了45个站位的悬浮体资料和数据,阐述了南黄海和东海北部春季颗粒有机碳(POC)的平面和垂向分布特征,并结合悬浮体总氮(PN)和C/N摩尔比值探讨了其来源及其影响因素。结果表明,研究区春季表层悬浮体POC在东海北部31°N、123°E附近含量最高,124°E以东悬浮体POC含量相对降低;长江口邻近海区表层悬浮体POC浓度较高,与长江冲淡水径流携带大量营养物质刺激生物生长有关。底层悬浮体POC含量高值区出现在南黄海33.5°N、121.5°E附近,在东海31.5°N、124.5°E附近出现次高值区,东海31°N以南区域POC含量则相对较低,高浓度主要受底质再悬浮作用影响。C/N摩尔比显示,南黄海和东海北部悬浮体有机质主要为海洋来源。研究区悬浮体POC的分布主要受海流影响,可以识别出黄海暖流、苏北沿岸流和长江冲淡水等控制区。南黄海和东海北部悬浮体POC分布是有机质来源和海流作用等因素共同作用的结果。     

基于高光谱数据的珠江口表层水体悬浮泥沙遥感反演模式

利用2006年12月4日珠江口海域实测的高光谱遥感反射率数据及悬浮泥沙质量浓度数据,进行了该海域表层水体悬浮泥沙遥感反演模式的研究。研究结果表明,悬浮泥沙质量浓度与Rrs(λ1)/Rr s(λ2)-Rrs(λ1)/Rrs(λ3)的相关性较好,其中Rrs(λ)代表遥感反射率,λ代表波长,λ1=762.6 nm,λ2=559.09 nm,λ3=772.78 nm,建立了悬浮泥沙质量浓度定量遥感反演模式,该模式的均方根误差为4.67 mg/L,可以用于珠江口海域的悬浮泥沙质量浓度的遥感监测。     

基于现场光谱数据的珠江口MERIS悬浮泥沙分段算法

利用珠江口海域4个航次共59个站位的实测遥感反射比和悬浮泥沙数据(悬浮泥沙浓度范围为4-140g·m-3),建立了利用MERIS遥感数据反演珠江口悬浮泥沙浓度的分段算法.算法以Rrs(620)/Rrs(560)=0.9为阈值,当Rrs(620)/Rrs(560)<0.9时,红绿波段比值可以较好地反演悬浮泥沙浓度.随着悬浮泥沙浓度的增加,Rrs(620)/Rrs(560)>0.9,红绿比值趋于饱和,对悬浮泥沙的变化响应不敏感,此时采用包含红波段和近红外波段的波段比值提取水体的悬浮泥沙浓度.利用该分段算法从MERIS遥感图像中提取珠江口水体的悬浮泥沙浓度分布,得到较好的结果.     

渤海和北黄海水色光谱的特征分析

我国的主要海域包括渤海、黄海、东海的大部分和南海的近岸部分都属于二类水体,这些海域的光学特征极为复杂。针对不同海域的海洋光学特征进行研究,对于反演二类水体叶绿素、悬浮泥沙和黄色物质的浓度具有非常重要的意义。本文利用渤海和北黄海海域2002年11月至2003年8月的水色调查数据,对调查海区的水色光谱的特征进行了研究和分析。结果显示调查海区的水色光谱类型主要分为4个类型：类型的主要特点是光谱峰值位于570nm,谱峰比较窄,随波长远离谱峰波段,遥感反射率迅速减小,主要分布海域为渤海湾、莱州湾及辽东湾。类型2的光谱峰值位于550nm左右,谱峰比较宽,随波长增大,遥感反射率迅速减小,主要分布在渤海中部海区。类型3光谱峰值位于500—550nm范围内,440nm存在极小值,主要分布在渤海海峡和渤海中北部的一块海域。类型4类似于大洋一类水体的水色光谱,其特点是在可见光波段内,随波长增大,遥感反射率逐渐减小,主要分布在渤海海峡以外、远离海岸的北黄海海域。     

基于实测数据的北海区海水表层叶绿素a浓度遥感定量反演

为提高我国海洋水色遥感技术和海水环境监测水平,文章根据北海区海水遥感现场监测数据,基于经验算法和荧光基线高度法的回归分析,开展海水表层叶绿素a浓度的遥感定量反演,并选取北黄海近岸海域样本数据进行算法检验。研究结果表明:辽东湾等9个北海区典型海域具有相同或相似海水表层光学特性,适宜建立海水表层叶绿素a浓度遥感定量反演模型;典型海域海水表层叶绿素a浓度与遥感反射率之间的相关关系较强,模型均为简单波段比值模型;二类海水研究区域海水表层叶绿素a浓度与荧光基线高度之间的相关关系不明显;北黄海近岸海域海水表层叶绿素a浓度的最优模型遥感定量反演值的相对误差的平均值为0.669μg/L。     

利用遥感反演悬浮泥沙浓度的方法研究

在总结国内外悬浮泥沙遥感监测的基础上,以长江南京段水域为研究区,对实测的水体光谱值与悬浮泥沙浓度回归分析,建立了悬浮泥沙浓度遥感反演模式。     

基于GF-WFV的厦门海域水体悬浮物浓度反演

为利用遥感技术快速、及时的掌握厦门近岸海域水体中悬浮颗粒物的总体分布情况,现场测量了厦门海域水体的下行入射辐射、天空光以及经过水气界面后反射回的辐射,计算了该海域水体表面的离水辐射获得了水体表面以上遥感反射率;同时采集了与光谱信息同步的水体样品,并分析了水体中的悬浮颗粒物质量浓度,获取了对应站位的水体反射波谱曲线和采集样品的浓度数据.通过研究不同站位水体的反射光谱数据,依据GF-WFV波段设置,对现场实测的光谱数据进行了拟合,并创建了基于GF-WFV拟合波段的悬浮颗粒物浓度经验反演算法.通过研究发现拟合(Rrs3+Rrs4)/Rrs2(其中Rrs1、Rrs2、Rrs3、Rrs4分别是GF-WFV第1、2、3、4波段的遥感反射率)同实测水体悬浮颗粒物质量浓度之间的决定系数为0.655,依据研究得出的反演算法反演该海域水体悬浮颗粒物质量浓度,其均方根误差为11.03 mg/dm3,相对误差为8.40 mg/dm3.利用同步的GF-WFV遥感数据对厦门近岸水体中总悬浮颗粒物质量浓度进行了研究,获取了研究区水体悬浮颗粒物的空间分布情况,结果表明GF-WFV遥感数据能很好的反映厦门近岸水体悬浮颗粒物浓度分布状况.     

渤海海峡悬浮体分布、通量及其季节变化

渤海海峡是渤黄海物质交换的重要通道,同时也是黄河入海泥沙向黄海搬运的必经路径。本文以2006—2009年渤海海峡8个站位四个季节的悬浮体、CTD数据为基础,将标准层悬浮体浓度数据与浊度数据对比获得高垂直分辨率的悬浮体浓度数据,分析其季节变化特征,并结合日均风场驱动的高精度数值模型模拟的渤海海峡流场,计算了四个季节渤海海峡悬浮体通量。结果表明,北黄海冷水团的入侵和退缩是渤海海峡温盐及其季节变化的重要特征之一,四季节流场特征均为"北进南出";渤海海峡中上层悬浮体浓度分布为海峡南部浓度高、北部浓度低,夏季海峡北部下层北黄海冷水团控制海域悬浮体浓度高于周围水体。春季、夏季、秋季、冬季悬浮体浓度依次增高。观测期间渤海海峡悬浮体的年净通量约为251.63万吨,其中输往黄海方向的悬浮体通量约占黄河年平均输沙量的4.27%。     

珠江河口悬浮泥沙遥感数据集

选择 1 995— 2 0 0 0年间NOAA系列卫星AVHRR遥感器获取的珠江口及其邻近海域可见光和近红外遥感数据 ,利用基于海面 遥感器光谱反射率斜率传递现象的悬浮泥沙遥感算法 ,建立珠江口及其邻近海域 1 5 2个时相的悬浮泥沙数据集 ,进行悬浮泥沙浓度分布和变动规律的特征累积频率悬浮泥沙浓度、均值与均方差统计。结果表明 ,珠江口河口浅滩是悬浮泥沙浓度的高值区。随着径流、潮流的相互关系的变动 ,珠江口的悬浮泥沙浓度具有明显的季节变化 ,内伶仃洋悬浮泥沙浓度季节变动幅度最大 ,而磨刀门外浑浊水体的延伸方向变动幅度最大。     

黄东海海水体类型综合识别技术研究

本文利用黄、东海和南海宝贵的生物一光学实测数据，进行了水体综合识别技术研究。探询了水体光谱离水辐射率、遥感反射率和漫衰减系数等物理量与以悬浮泥沙为主体的水体(CASEII．s)的响应关系。借用主成分分析思想，探询了经过大气校正的近红外波段卫星遥感反射率(Lrc)数据与CASEII．s水体的响应关系。发现这些物理量与水体类型有明显的响应点。     

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。