基于Landsat 8 OLI影像反演的湖北大冶湖水体光学衰减特性

水体光学衰减特性直接影响湖泊的清澈程度和沉水植被的生存,利用遥感技术获取湖泊光学衰减分布特性能极大提高效率.基于2017-2019年的原位调查数据,利用Landsat 8 OLI影像开发了大冶湖水体光学衰减系数(Kd)的遥感反演模型,并分析大冶湖水体Kd的多年时空分布特性与驱动机制,以期为大冶湖流域的修复与管理提供参考...     

秋季太湖水下光场结构及其对水生态系统的影响

水生态系统中光能的分配很大程度上决定了水生态系统的结构和功能,利用2007年11-12月太湖水体光学特性和组分浓度数据,对秋季太湖水下光场结构特征和水体组分光竞争能力的表征光学量(漫衰减系数、平均余弦)和影响因素(吸收系数比重)进行了分析研究.结果表明,秋季太湖水下辐照度呈现单峰分布,最高值为583nm左右:根据Kd可将黄质和非色素物质主导程度的强弱分为弱、较强、强三个等级;Kd(PAR)平均值为4.61±1.54m-1,水体真光层厚度平均值为1.11±0.35m;太湖水下光场的光能主要分布在青光和黄绿光波长范围内,约占总能量的60%,蓝光和红光波长范围内的能量约占30%,这样的光谱结构有利于铜绿微囊藻和斜生栅藻的生长.     

三峡水库水体漫衰减系数光学特性及其遥感反演

根据2009年8月22-24 日实测的三峡水库水体的光谱数据以及水质参数,对三峡水库漫衰减系数的光学特性及影响因子进行分析研究,构建了490nm处漫衰减系数的Kd(490)反演模型,并利用环境一号卫星CCD数据对2009年7月21日的三峡水库Kd(490)进行反演.结果表明:由于水体中非色素颗粒物的含量较高,使得研究区...     

青藏高原典型湖库光学吸收特性与光合有效辐射衰减系数初步研究

青藏高原地区分布的湖泊数量众多、面积较大、分布范围广泛.受制于恶劣的自然条件,对该地区湖泊的光学吸收特性以及光合有效辐射衰减系数(Kd(PAR))的研究鲜有成果.本文依据2014和2015年间采集的13个典型高海拔、湖泊面积较大的湖库的现场实测数据和实验室测定数据,分析了采样湖库各个采样点的Kd(PAR)特征以及有色可溶性有机物(CDOM)、藻类颗粒物吸收及非色素颗粒物吸收特性,计算并分析了Kd(PAR)与透明度以及光学活性物质的关系.研究结果表明:青藏高原地区各湖库平均各项颗粒物吸收系数均较低,总颗粒物吸收系数在400~700 nm波段内不超过0.14 m~(-1)、CDOM吸收系数在355 nm波长处最高,为1.23 m~(-1)、最低接近于0、藻类颗粒物吸收特性不明显;实验数据完整的巴木错、格仁错和班公错的主导吸收组分各异,其中巴木错为CDOM吸收主导,格仁错与班公错为非色素颗粒物吸收主导;青藏高原采样湖泊总体Kd(PAR)平均值较小,仅为0.26 m~(-1),样点最大值出现在可鲁克湖(1.17 m~(-1)),最小值出现在普莫雍错(0.10 m~(-1));在采样湖泊中Kd(PAR)与透明度呈显著相关;Kd(PAR)与CDOM的相关性最强,叶绿素a浓度次之,与总悬浮颗粒物浓度的相关性最不显著.     

适用于多种卫星数据的太湖水体漫衰减系数估算算法

下行漫衰减系数(K_d)是描述水下光场的重要参数,决定水体真光层深度,影响着浮游藻类初级生产力及其分布特征.基于2008—2013年太湖4次大规模野外试验数据,分析太湖水体漫衰减系数特征及其影响因素,建立适用于多种卫星数据且较高精度的太湖水体490 nm处下行漫衰减系数估算模型.结果表明:无机悬浮物是太湖水体漫衰减系数的主要影响因素;红绿波段比值(674 nm/555 nm)最适合于太湖K_d(490)估算,模型反演精度较高(N=72,R~2=0.72,RMSE=0.89 m~(-1),MAPE=21.58%);利用实测光谱数据,模拟得到MODIS/EOS、OLCI/Sentinel-3、GOCI/COMS和MSI/Sentinel-2等主要传感器波段的信号,构建适用于多种卫星传感器K_d(490)估算的红绿波段模型,建模精度较高(N=72,R~20.7,RMSE0.9 m~(-1),MAPE22.0%),且进行了验证(N=37,R~20.7,RMSE0.9 m~(-1),MAPE22.0%).     

长江中下游大型湖泊水体固有光学特性:Ⅰ.吸收

吸收系数是水体固有光学特性的重要组成部分,也是构建水色参数高精度遥感模型的基础,具有重要的研究意义.本文针对长江中下游三大淡水湖——鄱阳湖(2010 10、2011 08)、太湖(2008 10、2011 08)和巢湖(2009 10)进行5次野外实验,以International Ocean Colour Coordinating Group(IOCCG)2000年报告"Remote Sensing of Ocean Colour in Coastal,and Other Optically-Complex,Waters"为基础,对水体不同光学主导类型进行分类;并根据a_d(非色素颗粒物吸收)、a_ph(浮游植物色素吸收)、a_g(有色可溶性有机物吸收)等不同主导类型光谱曲线特征差异,引入a_d-g(主导类型a_d、a_g、a_d-a_g的合并类型)和a_ph-related(主导类型a_d-a_ph、a_d-a_ph-a_g的合并类型)类型,对主导类型进行归纳合并.结果显示:秋季,鄱阳湖、太湖、巢湖的主导类型较为单一,分别为a_d、a_d-a_g、a_d-a_ph-a_g;夏季,鄱阳湖和太湖同为两种类型共同主导,分别为a_d、a_d-a_g,a_d-a_ph-a_g、a_d-a_ph.总体来说,鄱阳湖夏、秋季和太湖秋季主导类型都属于a_d-g类型,而太湖夏季和巢湖秋季则属于a_ph-related类型.另外,分别针对Gons和Gitelson叶绿素a模型假设条件进行验证,发现不同湖泊水体及不同主导类型下其适用性程度不一致.     

云南程海真光层深度的时空分布及其影响因子

程海位于云南省丽江市永胜县,是高原封闭型深水湖泊的典型代表.为了揭示程海真光层深度的时空分布及其影响因子,于2016年3月-2017年2月在程海布设9个点位开展逐月调查.结果显示：光合有效辐射漫射衰减系数、真光层深度的年均值分别为1.06±0.25 m^-1、4.64±1.27 m;空间变化方面,无论"北、中、南部"还是"西、中、东部",全年、逐月及雨旱季的真光层深度均无显著差异;时间变化方面,5月的真光层深度最高（6.49±1.03 m）、7月的最低（3.63±0.48 m）,且全年、雨季、旱季的各月份间差异显著;回归分析发现,浮游植物生物量是程海真光层深度的最主要影响因子,悬浮物浓度次之（主要在雨季）,有色可溶性有机物的影响甚微.为进一步识别程海真光层深度的间接影响因子,本文还分析了浮游植物生物量与生态因子的相关性.本研究可为程海的保护和治理积累数据并提供借鉴.     

夏季东太湖光合有效辐射衰减特征及其对沉水植物恢复的指示

水下光照分布是影响水生态系统的重要因素,研究光合有效辐射衰减特征对于沉水植物恢复具有一定的指导意义.根据沉水植物生物量资料,将东太湖划分为沉水植物茂盛区、沉水植物稀疏区和无植物区3种区域.基于2019年夏季原位水下光场资料,探讨了东太湖光衰减特性和光照衰减因子的空间差异以及不同区域内的主导衰减因子,分析了东太湖的稳态阶段和富营养化水平,并阐述了真光层深度与透明度的关系,以期为东太湖沉水植物恢复和保护提供相关资料.结果表明:东太湖不同区域光衰减特性差异显著,光合有效辐射衰减系数(k d(PAR))在0.73~11.80 m^-1之间变化,真光层深度范围为0.39~6.31 m.不同区域的无机悬浮物和有机悬浮物浓度存在显著性差异,稀疏区叶绿素a浓度显著高于茂盛区,而与无植物区没有显著差异,有色可溶性有机物(CDOM)吸收系数在3种区域无显著性差异.k d(PAR)与无机、有机悬浮物的线性拟合效果较好,而与叶绿素a、CDOM拟合较差.水体吸收和散射作用是茂盛区光衰减的主要原因,无植物区域主导衰减因子仅有无机悬浮物,稀疏区由叶绿素a和无机悬浮物共同主导,是生态修复需要重点关注的区域,有机悬浮物和CDOM对东太湖光照衰减没有太大影响.东太湖目前正处于从草型稳态向藻型稳态过渡的阶段,整个湖泊属于富营养水平,真光层深度大约为透明度的2.7倍.     

基于MODIS晴空数据的森林日净第一性生产力估算

基于光能利用率模型提出了一个基于MODIS数据参数反演的日净第一性生产力估算模型. 其中包括基于植被冠层叶面积指数和地表反照率的光合有效辐射比例能量平衡模型, 基于大气气溶胶光学厚度、水汽含量和Bird模型相结合的光合有效辐射计算模型. 日净第一性生产力模型所需的主要参数从MODIS数据反演获得. 为了验证净第一性生产力结果的估算精度, 用中国生态系统研究网络2003和2004年千烟洲和长白山观测站点的日净第一性生产力观测数据和模型估算结果对比, 结果表明两者具有较好的一致性. 同时也将同期NASA的净第一性生产力产品加以对比, 结果表明千烟洲站点上2004年的NASA产品低估了净第一性生产力值, 但长白山站则高估了净第一性生产力结果.     

2018年斐济MW8.2深震:高频辐射过程和发生原因

2018年8月19日,在斐济东部海域563 km深处发生了一次M_W8.2地震.我们首先挑选位于美国阿拉斯加地区的131个宽频带台站构成台阵,选用垂直分量0.5~2 Hz的高频信号,利用广义台阵反投影技术对这次地震的破裂过程进行了成像,然后基于破裂速度对地震的辐射效率进行了估计.结果表明,这次地震总体上呈单侧破裂,破裂方位在3.0°左右,破裂总长度约51 km,持续时间22 s,平均破裂速度为2.5 km·s^-1.但能量释放有2次高峰,形成两次子事件.第一次为前10 s,峰值在7 s左右,破裂速度为2.9 km·s^-1,辐射效率为45%.第二次为10~22 s,峰值在15 s左右,破裂速度为1.6 km·s^-1,辐射效率为26%.结合震源位置、震源机制、破裂速度以及辐射效率,我们认为这次地震是由于俯冲板块前缘受到下部地幔物质上浮阻力引起的剪切失稳所致,起初板块内部的脆性破裂表现突出,致使辐射效率较高,后来震源处高温高压下的熔融耗散特征逐渐凸现,致使辐射效率下降.

     

Validation of SeaWiFS chlorophyll a in Massachusetts Bay

Massachusetts Bay, a semi-enclosed embayment (50×100 km) in the Northwest Atlantic, is the focus of a monitoring program designed to measure the effects of relocating the Boston Harbor sewage outfall to a site 15 km offshore in Massachusetts Bay. The Massachusetts Water Resources Authority (MWRA) in situ monitoring program samples selected stations up to 17 times per year to observe seasonal changes in phytoplankton biomass and other water quality variables. We investigated the feasibility of augmenting the monitoring data with satellite ocean color data to increase the spatial and temporal resolution of quantitative phytoplankton measurements. In coastal regions such as Massachusetts Bay, ocean color remote sensing can be complicated by in-water constituents whose concentrations vary independently of phytoplankton and by inaccurate modeling of absorbing aerosols that tend to be concentrated near the coast. An evaluation of in situ and sea-viewing wide field-of-view sensor (SeaWiFS) measurements from 1998 to 2005 demonstrated that SeaWiFS overestimated chlorophyll a mainly due to atmospheric correction errors that were amplified by absorption from elevated concentrations of chlorophyll a and colored dissolved organic matter. Negative water-leaving radiances in the 412 nm band, an obvious artifact of inadequate atmospheric correction, were recorded in approximately 60–80% of the cloud-free images along the coast, while the remaining portions of the Bay only experience negative radiances 35–55% of the time with a clear nearshore to offshore decrease in frequency. Seasonally, the greatest occurrences of negative 412 nm radiances were in November and December and the lowest were recorded during the summer months. Concentrations of suspended solids in Massachusetts Bay were low compared with other coastal regions and did not have a significant impact on SeaWiFS chlorophyll a measurements. A regional empirical algorithm was developed to correct the SeaWiFS data to agree with in situ observations. Monthly SeaWiFS composites illustrated the spatial extent of a bimodal seasonal pattern, including prominent spring and fall phytoplankton blooms; and the approximate 115 cloud-free scenes per year revealed interannual variations in the timing, magnitude and duration of phytoplankton blooms. Despite known artifacts of SeaWiFS in coastal regions, this study provided a viable chlorophyll a product in Massachusetts Bay that significantly increased the spatial and temporal synoptic coverage of phytoplankton biomass, which can be used to gain a comprehensive ecosystem-wide understanding of phytoplankton dynamics at event, seasonal and interannual timescales.     

海洋水色遥感产品在青海湖鱼产潜力估算中的应用

鱼产潜力可为渔业资源保护和管理提供科技支撑,传统的鱼产潜力估算方法在大型湖泊中往往成本高、采样率低、时效差.本研究基于2018—2020年非冰封期(5—10月)在青海湖的实测数据,通过提取和校对海洋水色遥感MODIS卫星数据反演产品(1 km分辨率)并结合垂向归纳模型(VGPM)构建了青海湖浮游植物初级生产力及鱼产潜力估算模型,估算的浮游植物初级生产力与实测值对比的平均相对误差小于25%.利用该模型估算2018—2020年非冰封期青海湖基于浮游植物初级生产力的鱼产潜力并分析其时空分布规律,结果显示青海湖鱼产潜力在5—10月呈现先增加后减少的季节波动规律,最大值出现在夏季(7—8月);空间分布上呈现湖心小,岸边及靠近入湖支流河口区域大的分布状态,全湖总鱼产潜力月均变化范围为2.5万~17.6万t.鱼产潜力的时空分布规律主要受气温、外源营养物质、裸鲤摄食等影响.研究表明青海湖非冰封期的鱼类资源承载力年累计值可达45.8万t,明显高于现有裸鲤资源的现存量和历史产量高峰值,表明青海湖仍然具备很大的鱼类资源承载力与增殖空间.本研究为同类型的大型高原湖泊基于卫星遥感的高效长期鱼产潜力监测估算提供了范例,为青海湖“封湖育鱼”政策制定和增殖放流保护决策提供参考.     

金星大气声波传播特性研究以及光学遥感

行星地震能够在大气中激发声波,该波动携带地震信息在大气中上传,可以作为行星地震监测研究的示踪目标.本文研究了不同频率的声波,在金星背景大气条件下的上传特征.通过计算大气密度分布、大气黏滞性和热传导效应引起的声波振幅变化,得到不同频率声波的振幅高度剖面.研究发现低频声波能够上传到较高高度,且振幅出现显著放大.根据振幅的高度分布以及金星光学辐射特征可以得到,通过光学遥感的方式探测金星声波扰动时,所选波段对应的辐射高度应为90 km附近及以上,并据此筛选了探测的可用频段.该研究结果为金星地质活动光学遥感探测的参数选择提供了参考.

     

水库水体近红外反射峰与叶绿素含量之间的关系初探

2007年8月至2008年9月,对厦门两个淡水水体(芙蓉湖、厦大水库)的叶绿素浓度和遥感反射率(Rrs)进行了连续观测.在叶绿素浓度6-322mg/m3的范围,Rrs光谱出现显著的近红外反射峰,中心位置在700-710nm之间,较之通常的荧光峰中心(683nm)向长波方向偏离.该峰在厦大水库始终出现在700nm,但在芙蓉湖存在时间变化,随着叶绿素浓度的增加,由705红移到710nm.由此,仿MODIS荧光高度(FLH)的定义,定义该峰的高度(简写为REH),对于水库和美蓉湖中心波段分别确定为700和710nm.REH与叶绿素浓度呈现显著相关,美蓉湖REH=0.0161g(chl)-7.8×10-6(R2=0.79,n=41),水库REH=0.0001chl+0.0002(R2=0.74,n=32).可见对十高散射的淡水藻华水体,可以并且需要通过改进FLH的波段选择,基于更长波段处的近红外峰的高度探测叶绿素浓度.     

湖泊水色遥感研究进展

从卫星传感器、大气校正、光学特性测量、生物光学模型及水体辐射传输、水质参数反演方法等方面,系统分析了湖泊水色遥感的发展现状.湖泊水体物质组份的复杂性以及卫星传感器与实际需求的矛盾决定了湖泊水色遥感的难度.目前湖泊水色遥感在一些关键问题上仍没有实质性进步,离水色遥感监测的业务化尚有一段距离.令人欣慰的是,卫星传感器以及水色遥感反演算法的不断发展和进步,让我们看到了胜利的曙光.     

我国对流层二氧化碳非均匀动态分布特征及其成因

人类活动导致大气中温室气体浓度上升,是全球气候变暖的主要原因之一.本文针对已经连续运行13年的AIRS（Atmospheric Infrared Sounder）卫星反演的对流层中层CO₂浓度资料,利用地基观测结果对其进行验证,同时结合多种相关资料对我国区域CO₂浓度的时空分布及季节变化进行研究.结果显示：北半球30°N—60°N是CO₂浓度高值带,低值中心主要出现在15°S—15°N,140°W向东至100°E的低纬地区.地基观测与AIRS卫星反演结果基本一致,年增长率约为1.926 ppmv·a^-1.我国区域CO₂浓度空间分布上呈现北高南低的非均匀分布特征,4个高值中心分别位于东北地区西南部、内蒙古西部、新疆地区东部和西部,低值中心在云南和西藏地区.我国区域CO₂浓度有明显的季节变化特征,最高值出现在春季,冬夏季次之,秋季最低,其季节演变特点与风场的输送、降水量的清除和植被的吸收等密切相关.

     

The contribution of spaceborne SAR and optical data in monitoring flood events: examples in northern and southern France

This paper demonstrates the utility of satellite remote sensing data in water management, and particularly, for flood monitoring and impact analysis. Satellite-derived data can provide timely geographical data from which water body extent in normal and flood regimes can be ascertained. Combined with exogenous and historical data, within a GIS, these can provide information useful for flood prevention decision making. The recent French Alsation, Camargue and Vaison la Romaine floods are taken to illustrate the utility of satellite remote sensing. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

Planetons: An example of large amplitude solitary waves

Abstract

The term ‘‘solitary wave'’ is usually used to denote a steadily propagating permanent form solution of a nonlinear wave equation, with the permanency arising from a balance between steepening and dispersive tendencies. It is known that large-scale thermal anomalies in the ocean are subject to a steepening mechanism driven by the beta effect, while at the smaller deformation scale, such phenomena are highly dispersive. It is shown here that the evolution of a physical system subject to both effects is governed by the ‘‘frontal semi-geostrophic equation'’ (FSGE), which is valid for large amplitude thermocline disturbances. Solitary wave solutions of the FSGE (here named planetons) are calculated and their properties are described with a view towards examining the behavior of finite amplitude solitary waves. In contrast, most known solitary wave solutions belong to weakly nonlinear wave equations (e.g., the Korteweg—deVries (KdV) equation).

The FSGE is shown to reduce to the KdV equation at small amplitudes. Classical sech² solitons thus represent a limiting class of solutions to the FSGE. The primary new effect on planetons at finite amplitudes is nonlinear dispersion. It is argued that due to this effect the propagation rates of finite amplitude planetons differ significantly from the ‘‘weak planeton'', or KdV, dispersion relation. Planeton structure is found to be simple and reminiscent of KdV solitons. Numerical evidence is presented which suggests that collisions between finite amplitude solitary waves are weakly inelastic, indicating the loss of true soliton behavior of the FSGE at moderate amplitudes. Lastly, the sensitivity of solitary waves to the existence of a nontrivial far field is demonstrated and the role of this analysis in the interpretation of lab experiments and the evolution of the thermocline is discussed.     

2013年四川芦山7.0级地震烈度遥感评估

2013年4月20日四川芦山MS7.0级地震发生后,在灾区应急获取了多种高分辨率航空和无人机遥感影像,并快速解译提取了灾区建筑物震害信息.采用地震烈度遥感定量评估方法,利用2008年汶川8.0级地震等震后震害遥感解译和现场调查研究确定的经验震害遥感定量评估模型,获得了芦山地震灾区126个主要居民点的地震烈度遥感评估结果,并据此圈画了地震烈度分布遥感评估图.结果显示,本次地震Ⅸ度区面积约150km2,Ⅷ度区面积约900km2.该结果在第一时间(4月21日晚)提供给了中国地震局地震现场应急指挥部.对比分析显示,地震烈度遥感快速评估结果与中国地震局4月25日公布的地震烈度图,以及与笔者在现场实地进行的建筑物震害详细调查结果基础上评定的地震烈度具有较高的一致性.表明强烈地震发生后,借助于快速获取的灾区高分辨率遥感影像,可以快速估计地震烈度分布,对地震灾区灾情估计和抗震救灾工作具有十分重要的参考意义.     

An open source,low cost video‐based coastal monitoring system

A low cost, automated, remote monitoring video system built on standard commercial off‐the‐shelf (COTS) components and implemented with open source software is presented. The system has been implemented in a coastal area to perform image acquisition and processing, generating statistical products and transferring the information from the field to a central node where post‐processing and data visualization are made available to the general public. The open structure of the software allows the user to implement new routines and modules appropriate to fit specific needs as well as to adapt the system to study other dynamical processes where continuous observation is required. The software and image data base can be obtained as freeware. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.