Sea ice thickness estimation in the Bohai Sea using geostationary ocean color imager data

A method to estimate the thickness of the sea ice of the Bohai Sea is proposed using geostationary ocean color imager （GOCI） data and then applied to the dynamic monitoring of the sea ice thickness in the Bohal Sea during the winter of 2014 to 2015. First of all, a model is given between the GOCI shortwave broadband albedo and the reflectance of each band with high temporal resolution GOCI data. Then, the relationship model between the sea ice thickness and the GOCI shortwave broadband albedo is established and applied to the thickness extraction of the sea ice in the Bohai Sea. Finally, the sea ice thickness extraction method is tested by the results based on the MODIS data, thermodynamic empirical models （Lebedev and Zubov）, and the in situ ice thickness data. The test results not only indicated that the sea ice thickness retrieval method based on the GOCI data was a good correlation （r2〉0.66） with the sea ice thickness retrieved by the MODIS and thermodynamic empirical models, but also that the RMS is only 6.82 cm different from the thickness of the sea ice based on the GOCI and in situ data.

基于光谱与几何匹配的GOCI与MODIS交叉辐射定标

海洋卫星COMs-1((Communication,Ocean&Meteorological Satellite-1)上携带的GOCI(Geostationary Ocean Color Imager)传感器以海洋监测为主,也具备较好的陆地监测潜力,但传感器陆地辐射特性存在偏差。为改善GOCI陆地辐射特性,基于MODIS数据,对GOCI可见光和近红外波段开展交叉辐射定标,弥补场地定标成本较高、定标参数更新周期长的不足,拓展其陆地定量遥感监测能力.交叉辐射定标中,考虑了GOCI和MODIS传感器相应波段光谱响应函数之间的匹配;通过辐射传输模拟,订正两传感器观测角度对辐射定标的影响;通过选取两传感器同一过境时刻的数据,降低太阳角度对辐射定标的影响,提高交叉定标精度.通过MODIS数据模拟的GOCI相应波段的表观辐亮度与GOCI实测结果比对,R^2大于0.88。对定标结果进行初步验证,表明交叉辐射定标后,GOCI陆地上的辐射特性满足基本的定量遥感需求。

采用二流式算法的GOCI／AOT反演方法及其应用

针对静止海洋水色传感器(GOCI)2.1μm短波红外通道缺失和高太阳天顶角的特点,采用二流式算法,并考虑气溶胶的折射率、地球曲率等因素,重新计算地表反射率、表观反射率以及反演GOCI气溶胶光学厚度(AOT).结果表明:参数重新计算后的GOCI\AOT反演精度明显增高;根据目前广泛使用的实测AOT(440nm)>1.00霾判定阈值,采用线性内插方法,建议GOCI\AOT以AOT(555nm)>0.81作为霾判定阈值;中分辨率成像光谱仪(MODIS)是业务化的极轨卫星,GOCI\AOT整体略大于MODIS\AOT,拟合精度R2=0.82.以2015年11月27日至同年12月2日华北地区发生的霾事件为例,结合具有大范围观测能力的MODIS卫星,多源遥感监测方法有效地反映了该霾事件的动态发展过程.

台风事件对东中国海悬沙浓度时空演变的影响分析

东海大陆架常受台风侵扰,强风浪在破坏水体结构的同时引起大量泥沙再悬浮。台风是影响东海表层悬沙浓度(suspended sediment concentration,SSC)的主要动力之一。本文将台风类型分为登陆和非登陆两大类共八种。基于GOCI(geostationary ocean color imager)遥感数据统计分析了2017~2020年9个不同类型台风事件对表层悬沙浓度时空分布的影响。结果表明,近海活动型和远海活动型台风使SSC显著增高了150%~200%;随着风速减小,SSC逐渐下降,但需要3~4 d才能恢复至台风之前的SSC。风速变化与SSC变化率的相关性高达0.86。近海及远海活动型台风影响研究区域的风向为偏北风,该类型台风使秋季SSC等值线向外海延伸,出现舌状分布特点;而登陆型台风影响研究区域的风向前期为偏北风,后期为偏南风,该类型台风使SSC等值线呈基本平行向外海移动较短距离,但不出现向外海延伸的舌状分布。近海及远海活动型台风事件使SSC分布迅速向气候态平均天气下的冬季输运类型转变,其中近海活动型台风对SSC分布的影响比远海活动型更显著。登陆型台风对研究区域SSC跨陆架方向分布的影响比远海活动型台风更小。

黄海潮波系统下的GOCI反演及OSU模式海表流场数据适用性研究

黄海呈现独有的地形条件,且该海域的潮波运动独具特征。本文利用静止海洋水色成像仪(Geostationary Ocean Color Imager, GOCI)遥感反演和俄勒冈州立大学(Oregon State University,OSU)潮流模式分别获取了黄海海域的海表流场,基于该海域独特的潮波系统提出并识别潮波干涉区,进而对GOCI反演的流场做潮流提取,并对两种潮流数据作分区可用性评价,通过实测的漂流浮标数据验证评估。结果表明:利用GOCI反演和OSU潮流模式获取的海表流场具有一定程度的可靠性,GOCI反演的海表流场的流速平均相对大小误差值为0.77,OSU潮流模式获取的海表流场流速平均相对大小误差值为0.49;在靠近潮波干涉区的黄海中部海域,GOCI潮流数据与实测数据在方向上的一致性要优于OSU潮流数据,两者平均角度误差值分别为48.45°和63.10°;在远离潮波干涉区的黄海近岸海域,OSU潮流数据与实测数据在速度大小和方向上的一致性要优于GOCI潮流数据。

基于GOCI影像反演湖泊悬浮物和叶绿素a含量的研究述评

悬浮颗粒物和叶绿素a是两个重要的湖泊水质参数,常用来衡量湖泊的富营养化程度。阐述了基于GOCI数据的湖泊悬浮颗粒物和叶绿素a浓度反演的研究现状,分析了几种大气校正方法对于GOCI数据的适宜性,发现基于6S模型的大气校正取得的效果最好。对比了GOCI的几种用于叶绿素a和悬浮颗粒物反演的模型,发现基于经验方法的反演虽然简单易行,但缺乏物理依据;基于分析方法的反演机制明确,但较难实现;基于半分析方法的反演是统计水质参数的光谱特征,建立遥感数据的波段组合与水质参数值之间的定量关系,进而估算水质参数含量,此方法较易实现且有一定物理意义。最后,通过总结现状,对利用GOCI反演水体指标的发展提出了一些自己的见解。

基于GOCI和FVCOM的黄河口切变锋特征与泥沙输运研究

本文以黄河口切变锋为对象,基于静止轨道海洋水色成像仪(Geostationary Ocean Color Imager,GOCI)遥感数据和水沙观测数据,建立了高精度的渤海海表悬浮体浓度(Suspended Sediment Concentration,SSC)反演公式,采用最大互相关(Maximum Cross Correlation,MCC)法和SSC梯度相结合的方法,有效识别了遥感观测的锋面时空特征;同时基于有限体积海岸海洋模型(Finite-Volume Community Ocean Model,FVCOM)建立了适用于渤海的水动力模型,将FVCOM流场数据与海表SSC相结合,研究了黄河口切变锋对悬浮体通量的影响与河口泥沙输运路径。结果表明,切变锋从黄河口往东南方向移动,历时2~3 h,消失于10 m等深线附近,内涨外落(Inner-Flood-Outer-Ebb,IFOE)型切变锋的长度较内落外涨(Inner-Ebb-Outer-Flood,IEOF)型更长,IFOE型切变锋的平均长度约为22.4 km,最长能达到41 km以上,而IEOF型切变锋平均长度约为16.9 km;IFOE型切变锋消失的位置较IEOF型偏南。切变锋带由于具有低流速特征,能显著减小悬浮体通量,使大部分泥沙沉积在河口。切变锋处悬浮体通量不足其内侧的50%,超过50%的悬浮泥沙被切变锋阻隔在锋面内侧。切变锋使悬浮体通量提前减小,在6 m以浅海域即开始锐减。在潮流和锋面的影响下,非汛期黄河口泥沙主要往南或东南向莱州湾中部输运,再往东北输向莱州湾外,极少部分往西北和渤海中部输运。

HY-1C卫星影像中太阳耀斑区域的预测技术研究

对卫星影像太阳耀斑区域的预测是保障基于船舶的现场同步观测(以下简称船-星同步观测)有效实施的基础性工作。本文在对海洋一号C卫星(HY-1C)卫星影像各像元观测几何分析的基础上,简化构建卫星影像各像元的网格化模型,介绍了利用卫星轨道报估算的卫星-太阳-像元位置的观测几何,进而估算卫星影像中太阳耀斑区域的技术方法。经与HY-1C实际卫星影像的应用比对,表明本文预测的像元位置、太阳位置,以及卫星观测天底角/方位角均与实际影像数据有很好的重合度,预测的太阳耀斑区域与实际影像耀斑掩码区重合度良好,验证了该方法能够预测影像中太阳耀斑区域,保障船-星同步观测的能力。

Ulva prolifera subpixel mapping with multiple-feature decision fusion

The unavoidable nature of Ulva prolifera mixed pixel in low-resolution remote sensing images would result in rough boundary of U.prolifera patches,omission of tiny patches,and overestimation of coverage area.The decomposition of U.prolifera mixed pixel addresses the issue of coverage area overestimation,and the remaining problems can be alleviated by subpixel mapping(SPM).Due to the drift and dissipation of U.prolifera,a suitable SPM method is the single image-based unsupervised method.However,the method has difficulties in detail reconstruction,insufficient learning of spectral information,and SPM error introduced by abundance deviation.Therefore,we proposed a multiple-feature decision fusion SPM(MFDFSPM)method.It involves three branches to obtain the spatial,abundance,and spectral features of U.prolifera while considers multi-feature information using the fusion strategy.Experiments on the Geostationary Ocean Color Imager images in the Yellow Sea of China indicate that the MFDFSPM overperforms several typical U.prolifera SPM methods in higher accuracy and stronger robustness in both SPM and abundance calculation,which produced subpixel map with more detailed spatial information and less noise.

海洋水色遥感器发展趋势初探

海洋水色遥感技术是近年兴起的海洋探测技术。它通过各种遥感平台上的探测器对海洋表面的水色进行探测,反演出海洋水体中的叶绿素浓度、泥沙含量及黄色物质浓度,进而得到关于海洋的各种信息。本文介绍了未来几年的星载海洋水色遥感器,并将其与第二代海洋水色遥感器进行了初步对比,对其未来的发展趋势进行了展望。

基于海岛阴坡植被和短波红外水体的遥感水色大气校正——以ETM影像为例

1引言 在卫星遥感成像过程中,大气的散射和吸收作用极大地影响着遥感信息提取和参数反演的精度。随着定量遥感研究的日渐深入,精确大气纠正日显重要。 最早基于影像大气辐射校正的是Ahern等利用清洁水体的像元值直接取代大气程辐射,没有考虑其他因素的影响,后来Chavez对该方法加以改进,提出了黑体减法,即法,但这些方法对大气透过率和天空光的下行散射的影响没有予以充分考虑。

近实时全球海洋表层流场估算方法研究

利用海洋水色卫星遥感图像获得高分辨率海洋表层流场变化信息,不但可应用于物理海洋学研究,同时可以实现中小尺度海战场环境的近实时预报。详细介绍了利用海洋水色卫星遥感图像进行近实时全球海洋表层流场估算的基本方法,以及在分析海洋表层流场中的应用,并通过分析实例说明了该方法的可靠性。

基于水色遥感最大相关分析的海表流场观测

实时、精细化的海表流场测量对海洋学研究有着重要意义。在简要对比各类海表流场测量方法的基础上,详细介绍了利用水色遥感图像测量海表流场的最大相关系数法(MCC),并利用亚像素方法对该算法进行了有效改进,同时利用本文算法对东海黑潮海域的海表流场进行了分析,验证了本文算法的可靠性。

山东半岛沿岸海域悬浮体时空分布及形成机制分析

依据2015年GOCI(geostationary ocean color imager)卫星影像反演的悬浮体浓度数据,分析了山东半岛沿岸海域表层悬浮体质量浓度和锋面月变化特征,揭示该海域悬浮体的分布特征和扩散格局,并结合风速、波高以及海表温度数据,对其控制因素进行初步探讨。结果显示:研究区内悬浮体质量浓度整体表现为冬季最高,春秋次之,夏季最低的分布特征;悬浮体扩散过程可以划分为4个阶段,冬季稳定外输,春季向岸退缩,夏季近岸贮存,秋季向外扩散。此外,山东半岛近岸存在一条悬浮体质量浓度高于10 mg/L的浑浊带,该浑浊带同样表现出季节变化,它在秋季开始形成,其悬浮体含量、幅宽及延伸范围在冬季达到最大,春季减弱,夏季消失。研究认为山东半岛沿岸海域的表层悬浮体来源主要是海底沉积物的再悬浮。风场、海浪以及沿岸流的强弱变化对悬浮体分布和输运的季节变化有重要的控制作用:风场和海浪影响海水混合搅拌强度,改变海底沉积物再悬浮作用的临界深度,进而影响表层海水悬浮体浓度,致使悬浮体浓度与风浪的月际变化趋势基本一致;沿岸流携带高浓度悬浮体沿山东半岛输运形成沿岸浑浊带,沿岸流的强度变化直接控制浑浊带的季节变化。

基于遥感分析渤海湾冬季表层悬浮体浓度变化规律

渤海湾是三面环陆的半封闭浅水海湾,海底泥沙悬浮与输运对海洋工程与生态环境有重要影响。冬季是渤海泥沙输运、海床冲刷和海底灾害的主要发生季节,但冬季观测(特别是连续观测)难度大,观测资料相对缺乏,研究冬季悬浮体分布与输运规律对海洋生态环境保护和海洋工程维护等具有指导意义,对认识近海物质及能量循环有重要科学价值。本文基于海洋水色卫星GOCI(Geostationary Ocean Color Imager)遥感影像资料,对渤海湾冬季悬浮体浓度进行了长达8年监测,提取2011-2017年冬季(11、12、1、2月)悬浮体浓度(Total Suspended Sediment,TSS)月平均数据,对渤海湾冬季悬浮体分布情况及输运规律进行研究。结果表明,渤海湾冬季的表层悬浮体浓度分布呈现近岸高离岸低、南岸高北岸低的规律,悬浮体浓度的高值区主要分布于黄河口附近以及渤海湾南岸一带,该海域冬季TSS在80mg/L以上,最高可达200mg/L;海河口及辽东湾沿岸流区域各存在一个低值区,悬浮体浓度介于0-40mg/L。冬季大风天气对水体扰动剧烈,导致渤海湾海底泥沙再悬浮,风速与悬浮体浓度存在正相关性。同时,冬季渤海湾沿岸流等环流增强,使黄河口再悬浮的沉积物向渤海湾西部和北部扩散。

海洋水色遥感图像伪彩化方法的研究

分析了国内外有关信息伪彩化应用的研究现状后认为:海洋水色遥感图像的伪彩化应该是基于任务的,也只有基于任务的伪彩化才能保证伪彩化结果的准确性。基于任务的伪彩化要求必须从伪彩化相关的3个对象(信息、色彩与用户)所具有的特点出发,确定有针对性的伪彩化实现方案。在综合考虑了伪彩化3个对象的特点后,提出海洋水色遥感图像的伪彩化可以分3种方案进行伪彩化设计,每种方案都有自己的针对性、使用范围及局限性。方案1是针对对海洋信息作定量分析而提出来的,主要用于揭示海洋信息中的高频快变成分,同时兼顾揭示信息中的低频成分,被分析信息的波动幅度不大。方案2是针对对海洋信息作定性分析而提出的,不强求对信息量的准确量化,更多关心的是海洋信息相互间的关系,因此要求色标具有很高的信息表现力。方案3是方案1及方案2的补充,方案1具有定量能力,但总色差较小,对信息的解析能力有限,方案2虽然有较大的总色差,具有较好的解析能力,但只有定性能力,方案3将在保持局部区域的定量特点外,扩大整体的总色差。在伪彩化或可视化设计中,主要是关心数据信息中最引人注意的部分也即突出最重要的部分,在大多数情况下,用户对数据信息的低端及高端更感兴趣,这也是方案3中双反色调色板设计及使用的基础。3种方案的针对性设计将方便伪彩化在水色遥感信息分析中的准确、快捷使用。文章最后通过例子证明,在对海洋水色遥感信息的分析和研究中,选择3个方案中的1种或几种作适当的调整,海洋水色遥感信息可以得到较好的诠释。

海洋水色成像光谱仪实验系统性能评价

本文对海洋水色成像光谱仪实验系统的光谱性能、辐射性能、空间分辨率及数据处理等方面进行了研究并做出了相应的实验评价。

静止水色卫星GOCI及其应用进展

海洋水色遥感技术是新兴的探测技术,能够通过遥感平台上搭载的探测器对海表水色信息进行探测进而获取海洋信息。随着极地轨道卫星发展逐渐成熟,地球静止卫星也进入了发展阶段,开启了水色遥感技术的新时期。本文基于地球同步卫星的优势特点,着重总结了第一颗地球静止水色卫星GOCI(geostationary ocean color imager)的主要参数信息及标准水色算法,同时对各算法的应用范围、计算公式及各方法的联系进行了简要的介绍,并针对其实际应用进行了讨论,验证了GOCI数据的实用性,最后指出了GOCI在目前研究过程中存在的问题,并对第二代地球同步遥感器进行简要论述,以期为海洋探测研究提供更多的技术支持。

基于静止卫星GOCI数据的陆地上空气溶胶光学厚度遥感反演

以长江三角洲地区为研究区,基于2013年共72d的晴空GOCI数据,利用深蓝算法进行了研究区上空气溶胶光学厚度的遥感反演研究,并利用两个实测站点数据进行了验证。结果表明:GOCI数据可以用于陆地气溶胶的反演,两个站点均呈现较高的拟合精度,南京信息工程大学北辰楼站拟合度为0.659,AERONET太湖站拟合度为0.747,与MODIS气溶胶产品相比也表现出很好的一致性。同时,研究发现基于静止卫星GOCI数据的气溶胶产品具有监测气溶胶日内变化的能力,为气溶胶的动态扩散和气候效应研究等提供参考和借鉴。

结合GOCI数据的黄海绿潮遥感监测及漂移轨迹研究

结合GOCI(Geostationary Ocean Color Imager)传感器的波段特征,基于缨帽变换方法设计了一种简单有效的绿潮指数(TCT-GTI)算法。结合目视判断的绿潮识别结果,将TCT-GTI算法与两种已有的遥感算法(AFAI和IGAG算法)监测结果进行对比发现,TCT-GTI算法的绿潮遥感监测结果精度较高,具有较高的可信度。将TCT-GTI算法应用到2017年多景GOCI影像,对中国黄海海域绿潮信息进行提取,同时分析绿潮覆盖面积的日变化特征,研究2017年绿潮暴发事件的漂移轨迹。研究结果表明,绿潮覆盖面积在中午12:00达到最大,这可能是光合作用等因素的影响。2017年,绿潮暴发事件经历了西北至东北的漂移路径,由江苏盐城外海海域向西北方向漂移至南黄海东部,然后继续向东北方向移动,抵达山东半岛南岸,逐渐消亡。