基于Landsat 8影像的黄河口悬浮物质量浓度遥感反演

悬浮物质量浓度是黄河口海域重要的水质和水环境监测参数之一,直接影响着水面以下光场的分布,进而影响水体的初级生产力和水域生态环境。本文基于2011年6—7月和11—12月共计89组现场实测悬浮物质量浓度和光谱数据,分析了黄河口及其附近海域不同悬浮物质量浓度的水体光谱特征,尝试利用多种波段组合建立悬浮物质量浓度遥感反演算法。结果表明865 nm波段与波段比655 nm/560 nm组合形式算法反演结果最优,算法相关系数R²为0.95,平均相对误差为25.65%。将算法应用于2014—2016年共7景Landsat 8 OLI遥感影像,分析了不同年份黄河口悬浮物质量浓度的时空分布特征,黄河口海域悬浮物质量浓度分布总体呈现近岸高,离岸低的特点,不同时期悬浮物质量浓度量值上有显著变化。     

台风“利奇马”对东中国海表层悬浮物浓度变化的影响

台风过程可使海洋悬浮物浓度的分布在短时间内发生极大变化,并影响海洋生态环境以及海洋资源的分布。受台风期间海洋观测数据的限制,台风过程对海洋悬浮物浓度的影响尚不明确。本文利用GOCI （Geostationary Ocean Color Imager,GOCI）卫星遥感数据,以2019年8月台风“利奇马”为例,对其过境前后东中国海表层悬浮物浓度的时空变化进行了定量研究。结果表明,台风“利奇马”对闽浙沿岸的影响程度最大,使悬浮物质量浓度中高值（≥5 mg/L）覆盖面积和浓度平均值分别增大92%和62%,影响持续时间为4 d;对长江口附近海域的影响程度次之,使悬浮物浓度中高值覆盖面积和浓度平均值分别增大19%和17%,影响持续时间为3 d;对苏北浅滩的影响程度最小,悬浮物质量浓度中高值覆盖面积变化不大,但浓度平均值增大了30%,影响持续时间为4 d。研究结果表明卫星遥感数据可以量化台风过程对东中国海表层悬浮物浓度的影响,弥补极端天气条件下无法进行现场观测的不足。     

黄河三角洲北部近岸悬浮物季节性分布及驱动因素

近岸海域悬浮颗粒物的分布与扩散对水体生态环境、海岸地貌演变、水产养殖以及海岸工程等有重要影响。由于刁口河流路的改道,黄河三角洲北部成为强烈侵蚀岸段,揭示该区域的悬浮物浓度变化特征和规律是防护工程安全维护的基础。利用经良好检验的模型反演近岸海域悬浮物浓度,Landsat-8和Sentinel-2卫星影像反演结果的交叉验证表明,基于两种传感器反演的悬浮物浓度具有较强的一致性,两种卫星数据可以结合使用。研究区近岸海域悬浮物浓度季节变化明显,冬季和春季悬浮物浓度较高,夏季较低,秋季是悬浮物浓度从低向高转换的季节。冬、春季该区域风浪较大,在波浪掀沙和潮流输沙的联合作用下,底床泥沙强烈再悬浮,是形成悬浮物的主要来源,丁坝群的修建也在一定程度上改变了悬浮物的时空分布。     

基于遥感的台湾岛周边海域表层海水温盐特征

卫星遥感具有观测周期短、频率高的优势,可实现大范围、连续的海洋观测。利用遥感的手段对台湾岛周边海域表层海水温度和盐度进行反演,研究了台湾岛周边海域表层海水温度和盐度的分布特征及其成因。研究表明,台湾岛周边海域海水表层温度总体呈现西北低、东南高,由NW向SE以圆弧状向吕宋岛北部沿岸扩散,温度逐步升高,吕宋岛北部沿岸常年温度在26℃以上;台湾岛东部海域海水盐度全年相对稳定,吕宋岛北部有一相对固定高盐度区域,台湾海峡受季风、黑潮分支、沿岸流的影响,盐度分布变化较大。     

南海岛礁周边海域表面叶绿素浓度的时空特征

南海海域内岛礁众多, 渔业资源丰富, 而目前针对岛礁周边海区生态要素开展的研究仍较少。本文利用近20年多卫星融合水色遥感数据, 分析了南海38个主要岛礁周边区域海面叶绿素浓度的空间分布、季节变化和年际变化特征。结果表明, 岛礁周边普遍存在叶绿素浓度高值区, 其浓度约在离岛礁5个等效半径外降至海区背景水平。岛礁周边海域的叶绿素(相对于背景值的)浓度异常受海区背景值影响, 两者在南海的空间分布格局与背景值基本一致: 在平均温度较低、季风强度较大的东沙、西沙海区, 叶绿素浓度异常高于温度较高、季风强度相对较弱的中沙、南沙海区。叶绿素浓度呈现出明显的季节变化和年际变化特征, 一般在冬季风期间升高, 而在夏季风爆发前降至最低; 在El Ni?o次年随海温升高和季风减弱而下降, 在La Ni?a次年则相反。岛礁周边的叶绿素浓度异常受到温度变化的影响, 随着近年来海温变化幅度加大, 其年均水平呈显著下降趋势(P=5.05×10 ^-5)。这些结果可为我国岛礁区域渔业资源的开发和管理提供信息支持。     

渤海悬浮物分布的遥感研究

利用渤海湾和莱州湾现场实测的悬浮物含量和光谱数据,建立了基于555和670nm波段遥感反射率的悬浮物含量遥感反演模型。经检验,模型平均相对误差优于20%,对输入端误差不敏感。基于该模型,利用ENVISAT MERIS遥感数据,从空间分布格局、大风过程的短期扰动以及季节性差异等方面分析了渤海悬浮物的时空分布特征。(1)渤海悬浮物含量的高值区集中分布在莱州湾(尤其是黄河口和莱州湾湾底)和渤海湾沿岸,此外在辽东湾沿岸海域悬浮物含量也相对较高,而在渤海大部水体悬浮物含量较低。(2)大风过程可在短期内(约1~3d)显著改变全渤海的悬浮物空间分布格局,其中渤海湾和莱州湾响应最为强烈,辽东湾响应相对较弱,这与其各自的水深条件、底质类型和悬浮物粒径等因素有关。(3)渤海悬浮物含量总体上呈春夏低、秋冬高的分布特征;季节性差异最显著的区域是渤海湾、莱州湾和辽东湾,差异性最小的是秦皇岛近岸海域;风力等气候因素是悬浮物分布呈现季节性差异的主要原因,入海径流是另一重要因素。     

大连长兴岛海域疏浚区GF-1 WFV影像悬浮物遥感反演研究

利用2017年8-9月期间大连长兴岛海域实测遥感反射率、悬浮物浓度及GF-1 WFV数据,研究了该区域悬浮物浓度的遥感反演算法,发现遥感反射率与悬浮物浓度的散点图存在两种不同的变化趋势,将2008-2015年期间辽东湾内其它海域的数据与长兴岛海域数据进行叠加后,可初步推断产生两种变化趋势的主要原因在于疏浚区与非疏浚区悬浮物的粒径大小不同,导致其光学特性和反演算法也存在差异。将两种算法分别应用于2017年9月20日辽东湾及长兴岛近岸海域的GF-1 WFV4影像,发现采用非疏浚区算法反演长兴岛海域悬浮物浓度时,出现明显的低估现象,而疏浚区算法则能较好地反映出疏浚施工过程中悬浮物的分布规律,具有较好的工程应用价值。     

遥感技术在河口颗粒态总磷分布及扩散研究中的应用初探

以美国SeaStar卫星装载的SeaWiFS海洋水色遥感传感器作为遥感数据源,实测了光谱、海表温度、悬浮物含量、透明度、叶绿素浓度、颗粒态总磷含量等,建立了传感器悬浮物含量和颗粒态总磷含量的遥感信息提取模式,结果表明:(1)利用遥感技术估算的海水悬浮物的平均相对偏差为18.1%;(2)悬浮物在遥感图象上的分布和扩散趋势与实际吻合,并且在一定程度上反映了区域内海流运移路径;(3)颗粒态总磷含量在长江河口和杭州湾附近海域较高,由近岸向远岸迅速降低,与实际分布相符;(4)模型主要适用于河口等悬浮物含量高的Ⅱ类水休,对于以浮游植物为主的Ⅰ类水体应另外建立模式.     

威海市褚岛北部海域CDOM和COD分布特征遥感分析

根据2017年7月和9月在山东威海褚岛北部海域现场测量的COD_(Mn)(Chemical oxygen demand)值和水体表观光学量,结合COMS(Communication,OceanMeteorological Satellite)上搭载的传感器GOCI(Geostationary Ocean Color Imager)所提供的有色可溶性有机物(Chromophoric dissolved organic matter,CDOM)产品,利用星地同步观测数据对现有的基于遥感反射比反演CDOM的模式进行验证,确定适合该海域的CDOM浓度遥感反演模式;通过对测试海域化学需氧量与遥感反演的水体CDOM浓度相关性分析,建立利用CDOM反演COD_(Mn)的遥感模式,并将该模式应用于测试海域LANDSAT 8/OLI(Operational Land Imager)遥感图像上,获取该海域COD_(Mn)浓度专题图,基于这些专题图分析了测试海域COD_(Mn)时空分布特征。结果表明:(1)基于GOCI产品的CDOM浓度值随时间和站点动态变化大,离岸越近数值越高,同一地点水体前后相差近1 h的数值变化也较大;(2)基于LANDSAT 8/OLI遥感数据反演的COD_(Mn)浓度时间动态变化大,总体来看褚岛附近水体的COD_(Mn)含量相对较低,褚岛以北海域水体COD_(Mn)含量有所增加,褚岛西侧水体的COD_(Mn)含量较东侧水体COD_(Mn)含量来说整体偏高。     

永兴岛及周边海域1989-2014年生态环境质量评价

本文以 1989-2014 年间 6 期遥感影像为数据源,基于土地利用分类体系,提取研究区海岛及周边海域的土地利用信息,建立海岛生态环境质量评价模型,对研究区海岛的总体环境质量及空间分异进行综合评价,分析了影响海岛生态环境质量的驱动力因素。评价结果表明,永兴岛人为开发活动较强烈,建有机场、码头、防波堤等人工设施,岛内房屋建筑设施较多;1989-2014 年间永兴岛及周边海域总体生态环境质量等级由良转为一般,生态环境质量有所下降;其中 1989-2013 年生态环境质量不断下降,特别是 2012 年三沙市建市后下降明显,但到 2014 年生态环境质量又有所恢复。永兴岛石岛生态环境质量变化的驱动力主要是人类的社会活动,基础设施建设、填海造地不可避免地会造成生态环境质量的破坏,但是随着人们环保意识的加强,对破坏的生态环境进行修复以及建设过程中尽量减少对生态环境的影响,使 2014 年生态环境质量有了稍许的改善。     

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。     

基于原位观测的黄河水下三角洲悬浮物浓度叠加锯齿模型

利用海底原位三脚架搭载水动力观测仪器,在黄河水下三角洲进行了为期134天的原位观测,获取了该海域波浪、潮汐、海流、海水温度、浊度等相关数据。并利用观测点海域的表层沉积物进行室内测试,发现该海域表层沉积物以粉砂为主,悬浮物浓度与海水浊度存在良好的线性关系,底层(距离海床约50cm处)悬浮物浓度在2~4g/L范围内变化。切应力计算结果与原位观测结果表明,强浪过程中波浪对泥沙起动起控制作用,进而显著提高悬浮物浓度;其余时间段,海流控制泥沙起动,悬浮物浓度随流速动态波动。该海域悬浮物浓度表现为叠加锯齿模型。因波浪作用而形成大锯齿,因海流作用而形成小锯齿。切应力计算结果可以较好地解释该模型。     

渤海悬浮物分布的遥感研究渤海悬浮物分布的遥感研究

利用渤海湾和莱州湾现场实测的悬浮物含量和光谱数据,建立了基于555和670 nm波段遥感反射率的悬浮物含量遥感反演模型。经检验,模型平均相对误差优于20%,对输入端误差不敏感。基于该模型,利用ENVISAT MERIS遥感数据,从空间分布格局、大风过程的短期扰动以及季节性差异等方面分析了渤海悬浮物的时空分布特征。（1）渤海悬浮物含量的高值区集中分布在莱州湾（尤其是黄河口和莱州湾湾底）和渤海湾沿岸,此外在辽东湾沿岸海域悬浮物含量也相对较高,而在渤海大部水体悬浮物含量较低。（2）大风过程可在短期内（约1~3 d）显著改变全渤海的悬浮物空间分布格局,其中渤海湾和莱州湾响应最为强烈,辽东湾响应相对较弱,这与其各自的水深条件、底质类型和悬浮物粒径等因素有关。（3）渤海悬浮物含量总体上呈春夏低、秋冬高的分布特征;季节性差异最显著的区域是渤海湾、莱州湾和辽东湾,差异性最小的是秦皇岛近岸海域;风力等气候因素是悬浮物分布呈现季节性差异的主要原因,入海径流是另一重要因素     

基于GOCI影像的半月潮周期内渤海悬浮泥沙浓度变化研究

悬浮泥沙浓度(SSC)的变化对渤海海域的生态等有着重要的影响.本文基于已有表层水体SSC遥感反演算法进行了优化,利用较高时空分辨率的GOCI影像,基于优化后的模型对渤海表层水体的SSC浓度在半月潮周期中的时空分布与变化特征进行了研究.结果 表明:(1)渤海各海湾表层水体SSC在半月潮周期内的变化规律存在差异.从小潮到大...     

冬季吕宋岛西北海域叶绿素时空变化特征

冬季吕宋岛西北海域频繁出现藻华现象,本文使用吕宋岛西北部海域1999年11月至2015年2月共16 a冬季多卫星融合水色遥感资料,利用经验正交函数(EOF)分解方法对长时间序列的Chl-a质量浓度的时空变化进行分析讨论,并结合海表温度(SST)、风速(WS)、海面高度异常(SLA)等数据以及上述数据计算获得的相关物理环境参数,分析其与海表Chl-a质量浓度之间的关系,探讨吕宋岛西北海域海表Chl-a质量浓度的时空分布规律以及Chl-a质量浓度与周边环境的响应关系。研究结果表明通常冬季吕宋岛西北海域海表均会出现大约以(19°N,119°E)为中心的高Chl-a质量浓度现象,平行海岸的风应力以及风应力涡旋引起冬季上升流,增加了营养盐的输入,很可能是该区域藻华形成的主要机制。同时背景流场的平流效应很可能诱发上升流区域与叶绿素藻华区中心不一致,可能引起了藻华中心的北移。     

基于数值模拟与卫星遥感的填海施工悬浮物监测——以大连海上人工岛机场建设为背景

本文以大连海上人工岛机场建设为背景,采用计算机数值模拟与遥感技术监测填海施工引起的悬浮物扩散状况。根据工程海域的潮流特点,构建了水动力及悬浮物扩散模型,模拟了涨落潮状态下填海施工产生的悬浮物扩散情况;通过采集现场悬浮物浓度,利用我国环境灾害监测预报小卫星(HJ-1A/1B)的遥感数据进行回归分析,建立了悬浮物反演模型,得到施工海域悬浮物分布的反演结果。对比遥感反演与数值模拟结果,显示两者基本吻合,表明本文方法能够揭示填海施工造成的大范围悬浮物的扩散规律,对于制定填海施工的环境保护措施、评价海洋环境影响具有借鉴意义。     

基于遥感反演的莱州湾水色变化的多时相分析

悬浮泥沙和叶绿素是海洋水色的重要部分,是反映河口海岸地区生态环境状况的重要指标。本文基于Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像,在不依赖地面实测数据的条件下,结合水文气象数据,利用光谱信息建立水色遥感模型对莱州湾1996—2015年不同时期的悬浮泥沙和叶绿素变化进行研究。研究结果表明:(1)此模型可以快速反演出较大空间尺度内的水色时空分布情况。(2)1996—2015年这一时期内悬浮泥沙浓度变化明显,枯水期的悬浮泥沙扩散范围总体大于丰水期,悬浮泥沙高浓度区主要分布在黄河口附近海域和沿岸区域,泥沙主要来源于陆源输沙和海水中的泥沙再悬浮,悬浮泥沙的扩散主要受潮流的影响,风和波浪等动力因素也在一定程度上影响着悬浮泥沙的扩散;(3)此外,莱州湾叶绿素高浓度区主要分布在莱州湾东—南部海域,其分布具有明显的季节性,春季(5月)海水温度升高,水中营养物质垂直混合好使得叶绿素浓度处于较高态势。     

舟山沈家门海域悬沙输运特征研究

通过对舟山沈家门海域水文泥沙观测站位数据进行处理和分析,探讨了区域悬沙浓度时空分布及影响因素;对各站位单宽净输沙量和输运方向进行了计算,揭示了海域悬沙输运机制。结果表明:受长江、钱塘江等大河泥沙注入和周边岛屿物质输入影响,海域悬沙浓度较高;平面分布上,悬沙浓度有从东北向西南减小趋势,位于莲花洋的C1站位浓度最大,峙头洋C4站位悬沙浓度较小;悬沙浓度垂向上随水深的增加,逐渐升高;在涨、落潮流的影响下悬沙起动、悬扬、沉降、落淤,浓度随潮流流速变化具较高的相关性;通量机制分解计算表明海域悬沙输运以平流输沙项为主导,单宽净输运率大潮期大于小潮期;总体上,泥沙输运有沿水道走向离岸向海运动趋势。     

北部湾海域叶绿素a质量浓度时空分布研究

叶绿素a质量浓度是水体富营养化的重要指标,及时和有效地对水体叶绿素a质量浓度进行监测和评价,对环境保护十分必要。本文基于2011年至2016年的卫星遥感数据,分析了北部湾海表叶绿素a质量浓度的时空分布特征。研究结果表明:北部湾叶绿素a质量浓度有明显的月变化和季节性变化,北部湾叶绿素a月平均质量浓度在8月和1月分别达到峰值,北部湾冬季与夏季的叶绿素a季平均质量浓度高于春季和秋季,夏季北部湾海域表层的叶绿素a质量浓度开始迅速升高,秋季北部湾中南部叶绿素a质量浓度呈下降的趋势。在空间分布上,北部湾近岸海域叶绿素a质量浓度平均水平较高,叶绿素a质量浓度高值区集中在湾北部雷州半岛西部沿岸的浅水区海域,而低值区在湾中部以及湾南部的深水区海域。     

长江口邻近海域海表温度变化特征分析

基于遥感数据,采用功率谱和相关性分析等方法,研究了长江口邻近海域海表温度(SST)的时空变化特征以及影响因素。结果表明:1982—2017年长江口邻近海域的SST 整体表现为每10 a升温约0.48 ^°C的趋势,且具有10.0,3.6,2.4和1.0 a的振荡周期。长期以来,冬、春、夏、秋四季的长江口邻近海域SST总体呈现升温趋势,其中春季的升温趋势最显著,而秋季变化趋势最不明显。研究海区的SST呈现明显西北—东南向温度递增的分布特征。此外,长江口径流量的变化对邻近海域的SST具有一定影响,从多年变化来看,径流量增大(减小),长江口邻近海域SST随之升高(降低),从月变化来看,3月、4月和9月的长江径流对SST有影响。气温对SST具有一定的强迫作用,大气温度的总体趋势是升高的,通过海气相互作用进行热传输,从而造成长江口邻近海域SST升温。