基于半分析模型的渤海湾近岸海域悬浮泥沙浓度遥感反演

悬浮泥沙浓度是海洋质量和环境评价的重要参数之一,遥感技术可以实现对海洋水色要素基础信息实时、连续、大范围监测,是当前大尺度海洋生态环境监测的重要手段。然而,现今并没有一个通用的模型可以实现对所有复杂水体悬浮泥沙浓度的反演。该文基于野外站点观测、结合研究区水体光谱特性,构建了基于多波段准分析算法(QAA)的渤海湾近岸海域悬浮泥沙浓度遥感反演半分析模型,并利用Landsat TM遥感数据,对研究区悬浮泥沙浓度进行了反演,制作了悬浮泥沙浓度空间分布图。研究结果显示,该文构建的半分析模型与前人研究的经验统计模型相比,具有更高的精度和普适性,相对误差达到18.28%;研究区的悬浮泥沙浓度整体较低,平均泥沙浓度为27mg/L,且呈现近海大于远海、南部海域大于北部海域的规律。     

南极普里兹湾海域夏季表层水体颗粒有机碳及其同位素分布特征

基于中国第29次南极科学考察在普里兹湾海域采集的61个站位的表层悬浮体样品的颗粒有机碳(POC)及其稳定同位素(δ13CPOC)测试结果,结合卫星遥感解译的研究区海水表面温度(SST)、叶绿素a(Chl a)浓度和海冰覆盖率数据,研究了普里兹湾海域表层水体悬浮POC的分布特征,探讨了悬浮体中POC的来源及其形成过程。结果表明,2013年夏季普里兹湾表层悬浮POC浓度为0.28—0.84 mg·L-1,平均浓度为0.48 mg·L-1;δ13CPOC值的变化范围为-29.68‰—-26.30‰,平均值为-28.01‰。表层水体悬浮POC分布呈现近岸高于远岸,西部高于东部的特征。POC的高值区主要分布在冰架附近,与表层水体Chl a浓度和海冰覆盖率分布趋势基本一致,表明夏季普里兹湾表层水体悬浮POC主要由浮游植物现场生产,而浮游植物的生长受到了海冰的显著影响。在普里兹湾外部海域表层水体悬浮颗粒物δ13CPOC值从东向西逐渐偏负,而调查区东部从近岸向远海逐渐偏负,反映该海域δ13CPOC分布特征主要受到浮游植物吸收与固定CO2速率的影响。中山站附近海域δ13CPOC值显著偏负,可能是受到近岸海域陆源有机质输入和浮游生物种属改变的影响。     

基于环境一号卫星的内陆水体水质多光谱遥感监测

基于环境一号卫星多光谱数据,针对我国内陆水体开展遥感监测研究。该研究建立分地区分季节经验模型反演叶绿素a浓度,基于生物光学模型的近红外单波段方法反演悬浮物浓度,以悬浮物浓度间接反演透明度,最终基于叶绿素a和悬浮物获得基于遥感监测的内陆水体营养状态指数。以2009年6月巢湖同步观测试验验证本文的水质参数反演算法,表明叶绿素a浓度反演精度不如悬浮物浓度,两者反演精度符合水环境监测业务需求。     

黄壁庄水库水质参数遥感反演研究

以石家庄市黄壁庄水库为研究对象,利用ASD FieldSpec Pro野外光谱辐射计进行反射光谱测量和同步水质采样分析,应用高光谱技术阐释了水质参数(SS、COD、TN、TP)与光谱反射率的关系,为今后利用星载高光谱传感器对黄壁庄水库乃至我国北方内陆水体水质参数进行大面积反演提供理论基础。在分析水库水体反射光谱特征的基础上,运用微分光谱技术和统计相关方法直接分析、诊断各水质参数的敏感波段,并建立线性估算模型,确定研究区SS、COD、TN、TP的敏感波段分别为715 nm7、04 nm、595 nm8、73 nm。     

高光谱遥感影像波段选择算法评价方法研究

波段选择在高光谱影像数据降维处理中尤为重要,其算法较多,但针对波段选择算法评价方法的研究却很少。该文提出一种波段选择算法的评价方法。引入信息量、类别可分性和相关性3个指标,对所选波段子集进行度量,通过比较不同波段选择算法所选波段子集的度量结果,实现对波段选择算法的评价。在试验中,将该评价方法应用于4种常用的波段选择算法,分析了评价结果并验证了该评价方法的可行性。     

丰水期和枯水期大樟溪下游表层水体不同形态硅含量的差异及其影响因素

硅元素是硅藻和水生植物所必需的营养元素,河流的水文特性对其形态和含量具有重要影响。2019年7月(丰水期)和11月(枯水期),在闽江支流大樟溪下游采集表层水样,比较水体中不同形态硅、溶解性氮磷以及其它理化指标在丰水期和枯水期的差异。结果表明,大樟溪下游表层水体溶解态硅、成岩硅和活性硅含量在丰水期高于枯水期,而生物硅和颗粒态硅含量则反之,这与水体pH、悬浮颗粒物、电导率和溶解性氮磷浓度相关;从水体中各营养元素的化学计量比来看,大樟溪下游表层水体表现为明显的磷限制,营养盐浓度和硅氮比都表明大樟溪水体有利于硅藻类的生长;大樟溪水体长期输入闽江,对闽江下游及河口水体的营养盐平衡具有一定威胁,容易导致近海水域富营养化现象的发生。     

基于Hyperion数据的南四湖叶绿素浓度反演研究

通过对2005年5月7日南四湖Hyperion高光谱影像的几何纠正和6S模型辐射校正,以及水体光谱数据分析,对22个水体样点原始光谱数据分别采用归一化处理和包络线消除处理后,以波段比值数据构建叶绿素浓度反演模型,选取相关系数最大的反演模型,获得南四湖叶绿素浓度的空间分布图。研究表明,包络线消除法能很好地去除水体的光谱曲线背景影响,突出光谱曲线的吸收和反射特征,与归一化处理相比,反演模型的相关系数都有很大提高。R700/R560波段比值数据构建的模型相关性最高,相关系数为0.834,可用于叶绿素浓度反演研究。     

不同浓度悬浮泥沙水体的光谱吸收特性模拟

悬浮泥沙的光学特性是影响内陆湖泊水色遥感的重要因素。利用光谱吸收衰减仪(AC-S)测得水池中悬浮泥沙浓度为2.13~1 442.40 mg/L的水体光谱吸收。在蓝、绿和红光波段,悬浮泥沙水体的平均比吸收系数分别为0.0161±0.0039 m2.g-1、0.0071±0.0020 m2.g-1和0.0025±0.0007 m2.g-1;指数拟合获得的Sm*值为0.0098±0.0011 nm-1,利用其模拟的比吸收光谱与实测光谱吻合效果较好,说明该Sm*取值对悬浮泥沙水体比吸收光谱的曲线斜率变化具有一定的参考价值。此外,建立了悬浮泥沙水体吸收系数a(440)m与其浓度的关系模型,R2达0.947,拟合精度较高;然而比吸收系数a*(440)m与泥沙浓度几乎无相关性。研究结果可为内陆水色遥感分析模型的建立提供重要的参数保障。     

基于离子光谱特征波段反射率的土壤碱化指标反演模型

以新疆奇台地区碱化土壤为研究对象,通过分析碱化土壤实测光谱反射率曲线与八大离子、pH、碱化指标相互间的相关关系,建立基于离子光谱特征波段反射率的各碱化指标一元及多元光谱反演模型,并对其精度进行验证。结果显示:Na^+、CO_3^2-、HCO_3^-含量与光谱反射率正相关,最高点的相关系数分别为0.710、0.798、0.749,而Ca²⁺、Mg²⁺含量与光谱反射率负相关,相关系数最高均不超过-0.370,反映出前3类离子含量与光谱反射率关系更为密切。SAR(钠吸附比)和ESP(碱化度)与Na+相关系数同为0.954,TA(总碱度)、RSC(残余碳酸钠)、pH与CO_3^2-的相关系数分别为0.946、0.949和0.953,总体上Na^+和CO_3^2-含量对各碱化指标的影响更大。各碱化指标与土壤光谱反射率的相关性TA>RSC>ESP>pH>SAR;其中TA与光谱反射率的相关系数达到0.863。碱化指标TA的离子光谱特征波段反射率反演模型精度最好,其R^2为0.703,比利用实测光谱反射率建立的pH反演模型的R^2高约14%,说明前者精度更高,能更好地反映研究区内土壤的碱化程度。利用离子光谱特征波段反射率实现对土壤碱化的预测会成为今后研究的重点。     

基于混合光谱理论的太湖水体叶绿素a浓度提取

TM图象多波段数据作为遥感监测水体叶绿素a浓度的数据源,已有多种遥感定量模型与之对应,但主要还是以经验模型为主。利用TM数据首先采用特征波段比值方法,建立太湖水体合适的叶绿素a浓度反演的遥感定量模型。由于经验模型的缺陷性,还提出了基于TM数据的水体混合光谱分析模型,同时分析了端元光谱提取方法对模型求解的影响。通过计算叶绿素a浓度模型估算结果与实地测量数据的相关系数和均方根误差(RMSE),可以发现混合光谱分析模型也是水体叶绿素a浓度遥感估算的另一条佳径。     

特枯水情对长江中下游悬浮泥沙的影响

基于长江中下游气象资料、历史水沙资料和2006 年10 月现场水沙观测资料, 分析了 典型枯水年大通站的月均径流量和输沙率特征、2006 年特枯水情产生的气候背景以及对长江中下游含沙量和悬沙粒径产生的影响。分析表明, 枯水年长江干流输沙量有显著的减少, 2006 年特枯水情下大通站汛期输沙量仅占多年平均值(1985-2000 年) 的19.8%。在特枯水情 和三峡工程蓄水的背景下, 2006 年10 月长江中下游含沙量平均为0.057 kg/m³, 只占 2003-2005 年10 月平均值的20.6%。2006 年10 月长江中下游悬沙中值粒径平均为4.8 µm, 悬沙中值粒径只占多年平均值的26.3%, 占近期平均值的41.8%。含沙量、悬沙粒度和中游 河床冲淤特性的综合分析表明, 城陵矶-湖口河段水沙垂向交换强, 是三峡兴建以后近期河 道调整频繁的河段。洞庭湖和鄱阳湖对长江干流含沙量的贡献较大, 尤以鄱阳湖的贡献最大, 长江中下游其他支流对长江干流含沙量的贡献较小。汉江和巢湖对长江中下游悬沙粒径的影响相对较大, 而洞庭湖和鄱阳湖则对悬沙粒径的影响相对较小。     

长江口水域悬沙浓度时空变化与泥沙再悬浮

根据近年来长江河口及其邻近水域8个测站1年的表层悬沙浓度逐日观测资料,并结合水动力状况,对悬沙浓度的时空变化进行了分析。结果发现,长江口自徐六泾以下悬沙浓度不断增高,并呈现口内夏高冬低,而口外冬高夏低,且量值为口外大于口内,杭州湾大于长江口。表明长江入海泥沙在海洋动力作用下强烈再悬浮;悬沙浓度在时间上呈现明显的大小潮周期和季节性变化。进一步分析认为,海洋动力 (风浪和潮流) 是泥沙再悬浮的主导因素,制约悬沙浓度的年内变化,其中潮流控制悬沙浓度的大小潮周期变化,风浪引起悬沙浓度的季节性变化,河流径流和海洋动力的对比制约悬沙浓度的空间分布。     

三峡水库175m蓄水后库尾河段减淤调度控制指标研究

重庆主城区河段河道泥沙冲淤事关防洪、航运及码头作业等,是三峡水库泥沙问题的重点内容之一.本文依据原型观测资料,以三峡水库175 m试验性蓄水前后河段的泥沙冲淤规律为基础,结合河床组成分析和一维数学模型,计算提出河段悬移质泥沙走沙基本条件,并应用于减淤调度实践中.结果表明:①三峡水库175 m试验性蓄水后至2012年重庆...     

黄河中游支流悬移质粒度与含沙量、流量间的复杂关系

本文以黄河中游若干支流为例,研究了宽变幅水沙两相流河流悬移质泥沙的粒度特征。结果表明,宽变幅水沙两相流河流的悬移质泥沙粒度特征与含沙量、流量之间具有复杂的关系。就同一站点而言,随着含沙量和流量的增大,大于0.05mm的粗颗粒泥沙的百分比迅速减小,并达到最小值;当含沙量和流量进一步增大时,其百分比又迅速增大,表现出明显的双值关系。对于小于0.01mm细泥沙而言,情形正好相反。黄河中游不同的支流之间,悬移质泥沙粒度特征与年均含沙量的关系也是复杂的。这些变化图形可以用非高含沙水流与高含沙水流不同的物理力学行为来解释     

长江河口悬浮泥沙的混合过程

根据准同步观测的悬浮泥沙及表层沉积物粒度、流速、含沙量资料, 分析了长江口及临近海域悬浮泥沙在河口的混合过程。长江河口-陆架系统悬浮泥沙中值粒径呈现“细-粗-细”的变化规律, 河口上段悬浮泥沙中值粒径为8.9 μm, 拦门沙海域为10.5 μm, 陆架区为4.5 μm, 北支为9.9 μm, 杭州湾口为5.6 μm, 泥沙类型为粘土质粉砂。河口上段和陆架区悬浮泥沙与表层沉积物的垂向混合作用较弱, 拦门沙区域二者发生强烈的混合和交换, 悬浮泥沙在由长江河口向陆架系统输移过程中仅有表层泥沙保留了流域输入的泥沙粒度特征。长江口悬浮泥沙中值粒径与含沙量呈良好的正相关关系, 水流的剪切作用是引起拦门沙海域泥沙再悬浮、近底高含沙量和悬浮泥沙粒径增加的主要原因, 悬浮泥沙粒径和含沙量的增加主要由粉砂组分的增加引起。2007 年长江河口区范围内悬浮泥沙中值粒径比2003 年普遍减小11％, 含沙量比2003 年减小22%, 河口上段含沙量对流域来沙减少的响应最为敏感, 而拦门沙区的泥沙粒径对流域来沙减少的响应最敏感。在长江流域来沙量减少的背景下, 河口拦门沙区域仍能维持较高的含沙量, 主要缘于河口系统内部的供沙     

Influences of channelization on discharge of suspended sediment and wetland vegetation in Kushiro Marsh, northern Japan

The effects of wetlands on hydrology, water quality, and wildlife habitat are internationally recognized. Protecting the remaining wetlands is one of the most important environmental issues in many countries. However wetlands in Japan have been gradually shrinking due to agricultural development and urbanization, which generally lowers the groundwater level and introduces suspended sediment and sediment-associated nutrients into wetlands. We examined the influences of channelization on discharge of suspended sediment and wetland vegetation in Hokkaido, northern Japan. The impact of river channelization was confirmed not only by the sediment budgets but also by river aggradation or degradation after the channelization and by the resultant vegetational changes. The budgets of suspended sediment demonstrated that wash load was the predominant component accounting for 95% of the total suspended load delivered into the wetland. This suspended sediment was primarily transported into the wetland by flooding associated with heavy rainfall. Twenty-three percent of the wash load and 63% of the suspended bed material load were deposited in the channelized reach, which produced aggradation of about 2 m at the end of the reach. A shorting of the length of the channel, due to channelization of a meandering river, steepened the slope and enhanced the stream power to transport sediment. This steepening shifted the depositional zones of fine sediment 5 km downstream and aggraded the riverbed. Development of the watershed may increase not only the water discharge but also the amount of suspended sediments. The aggradation reduced the carrying capacity of the channel and caused sediment ladened water to flood over the wetlands. The fine sediment accumulated on the wetlands gradually altered the edaphic conditions and wetland vegetation. A low percentage (10 to 15%) of organic contents of wetlands' soil is more evidence indicating that the present condition is far different from normal. Original vegetation such as sedges and Alnus japonica were disappearing from the adjacent areas of the river channel and were being replaced by willow trees (Salix spp.).     

长江口外海滨悬沙分布及扩散特征

长江口外海滨地区是陆海相互作用显著的区域,该区域复杂的水流等动力因素和地形条件决定了悬沙分布和扩散的特点。本文利用大量实测资料,对口外海滨地区悬沙的分布特征进行了综合分析,研究结果表明,平面分布不均,西高东低,南高北低,高低相差悬殊是长江口外水域悬沙平面分布的主要特点。枯季自西向东含沙量均匀减小,等值线分布较为稀疏。垂向涨落潮含沙量也表现出不同的分布特征,在口外的中西部水域垂向扩散系数较大,水体垂向混合程度均匀;垂向混合程度加强,水体含沙量也随之显著增加,这也造就了口外的南北两个高含沙区。     

长江河口悬沙的运动方式与沉积形态特征分析

长江河口为三级分汊四口入海的中等潮汐强度的三角洲河口。长江河口的悬沙输运有净上移、净下泄、上层下泄而下层上溯、潮滩与主槽之间的泥沙交换及涨潮槽泥沙倒灌落潮槽等五种形式。根据悬沙沉积的不同地点不同沉积形态可分为暗沙、拦门沙、口外水下三角洲以及河口潮滩四种类型。     

ADCP在长江口悬沙输运观测中的应用

声学多普勒流速剖面仪 (ADCP)是近年来发展起来的一种用于测量流速的声学仪器 ,同时还可以通过建立回声强度和现场取得水样的回归关系式而获得悬沙浓度的数据。本文利用在长江口两个站位的高频观测数据 ,对现场取得的悬沙作粒度分析 ,在此基础上对枯季长江口地区悬沙输送机制和悬沙粒度对水动力的响应进行了分析和探讨。结果表明 :平均流输运在整个悬沙输送中占主导地位 ,同时潮扩散和垂向扩散作用也是引起两站悬沙输运的重要因子 ;不同层次和不同时刻的悬沙粒度参数的变化 ,既和海 陆转换有关 ,也和潮相变化密切相关。     

海洋悬浮泥沙二元特征参数MODIS遥感反演模型研究

本文提出了一种采用海面离水辐射率和泥沙粒径二元特征参数来反演研究海区(渤海)海洋表层悬浮泥沙浓度的新的遥感反演算法,以此为基础分别建立了基于MODIS遥感数据和泥沙粒径二元特征参数的主成分和神经网络两种泥沙浓度反演模型,并对比分析了两类模型的反演精度以及泥沙粒径因子对模型的影响。分析结果表明,新建立的二元特征参数反演算法在采用主成分模型和神经网络模型时的检验误差分别为0.256和0.244,而忽略泥沙粒径因子贡献的主成分模型和神经网络模型的检验误差分别为0.384和0.390,因此可以认为,在泥沙浓度反演模型中加入粒径因子时,模型的预测精度和模型稳定性均比只考虑浓度对反射率贡献的模型有显著改善。