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6mg／L定义为中低混浊度水体，把大于6mg／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R^2=0．919，平均相对误差=0．277；中高混浊度水体，相关性R^2=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<1mg／m^3)，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。

相对反射深度的秦皇岛海域叶绿素浓度反演

海水中的叶绿素浓度是描述海洋初级生产力、获知浮游植物丰度及变化规律、评估环境质量、预报生态灾害的主要参数。国内外卫星遥感叶绿素产品的通用反演模型是利用不同波段上遥感反射光谱的强度比值来构建的OCx(x=2~6)算法,应用在一类水体中,全球尺度上的平均相对误差在35%左右。但对于固有光学特性复杂且具有较大区域差异性的二类水体,OCx算法误差较大甚至失效。现有研究成果表明,光谱的相对高度有利于特征波段信息提取及水色信号信噪比的提高。但基于相对高度构建反演模型,目前尚存在波段单一、应用面窄等问题。在我国近岸水体中,相对高度模型的构建方法及应用效果尚需进一步研究和验证。在对秦皇岛近岸海域的叶绿素浓度和表观光学参量进行原位测量的基础上,对高光谱数据进行了规范化处理,选取了特征波段并利用特征波段的相对反射深度构建了反演模型。模型反演值与实测值的相关系数为0.88358,平均相对误差为28.33%;将模型与OCx等算法进行比较,平均相对误差均降低了27%~50%;模型验证估算值的平均相对误差为31.17%。在此基础上,对我国海洋卫星HY-1C水色水温扫描仪的多光谱数据及实测叶绿素浓度进行了相关分析,并基于443及520 nm处的相对反射深度建立了反演模型,模型估算值的平均相对误差比同期L2B产品降低了53.44%。结果表明,基于相对反射深度构建反演模型,可充分利用叶绿素特征波段信息、降低数据敏感性、提高水色要素的信噪比,进而大幅提高模型的反演精度及稳健性。对于水色要素的高光谱及多光谱反演模型构建、水体光学参量测量、卫星产品普及应用、初级生产力估算、生态环境监测、水动力过程研究等领域具有重要的科学意义及较强的应用价值。

基于高光谱数据藻类水华重要参数——叶绿素a的定量反演模型研究

水库富营养化导致的水华问题严重影响了饮用水的利用和保护,而水体叶绿素a在营养化水体中比例稳定,可以在很大程度上反映水体的营养状况,是水华监测的重要参数。目前,大多数研究集中在较为典型的富营养化水体,对中/贫营养化水体的研究较少。以莆田东圳水库为研究区,随机选取112组叶绿素a浓度数据和高光谱数据中的72组数据进行模型构建,剩余40组数据用于模型验证。在对叶绿素a浓度和光谱反射率曲线进行相关分析的基础上,通过对水体光学特性的分析和统计分析,筛选出单波段、波段比值、三波段、四波段、荧光峰高度、荧光峰位置、峰谷距离等特征参数建立反演模型。通过模型精度验证的对比分析,确定了最优叶绿素a浓度的反模型。结果表明,经过900 nm处归零化预处理的单波段模型和四波段模型对东圳水库水体叶绿素a浓度的反演效果最佳,其决定系数R 2均为0.91,平均绝对误差MAE分别为1.82μg/L和2.81μg/L,MAPE分别为22.53%和21.53%。对于叶绿素a浓度较低、跨度较小的库区水域,波段算法类模型建模精度优于荧光算法类模型。该研究结果可以为后续东圳水库的常规水质监测和水华预警提供一定的理论依据和技术参考。

湛江港海域叶绿素a浓度的高光谱遥感反演

基于表观光学法研究冬季湛江港海域高光谱遥感叶绿素a浓度的反演模型构建,结果表明,该海域单波段遥感反射率与叶绿素a浓度相关性低,波段比值和遥感反射率的一阶微分法可提高叶绿素a浓度反演精度。665nm处的遥感反射率一阶微分值与叶绿素a浓度相关性良好,相关系数可达0.84。一阶微分相关系数大于0.8的波段大部分处于叶绿素a红光强烈吸收区域,对于富营养化的湛江港海域采用一阶微分方法构建叶绿素a浓度的遥感反演模型具有合理性。

基于GOCI数据的黄河口高悬浮物浓度海域的叶绿素a提取指数构建与浓度反演

高浓度悬浮物(TSM)的不透光性干扰了叶绿素(Chl-a)浓度的光谱量测,影响了Chl-a浓度的反演精度。本文以黄河口近岸海域为研究对象,根据最大叶绿素指数(MCI)原理,针对GOCI数据构建叶绿素敏感指数(S_(chl))和悬浮物敏感指数(S_(TSM)),进一步构建了Chl-a提取指数(CEI)以削弱TSM对S_(chl)的影响。采用2011-2018年采集的619组实测Chl-a浓度及同期的GOCI遥感反射率,基于随机森林算法对比多种指数构建的Chl-a浓度反演模型,结果显示:在不分区的情况下,采用CEI构建的Chl-a浓度反演模型的平均相对误差(MRE)为45.9%,其精度结果优于S_(chl)(MRE=49.76%)。为进一步验证CEI在高TSM浓度海域的精度,本文根据波谱斜率(R_(6)-R_(4))/(λ_(6)-λ_(4))将研究区分为Chl-a和TSM主导型水体后,分别构建Chl-a浓度反演模型,研究结果显示:Chl-a主导型水体采用S_(chl)构建的反演模型的MRE为35.81%,TSM主导型水体采用S_(chl)与CEI构建的反演模型的MRE分别为60.39%与36.74%,这也证实了在高TSM浓度海域,采用CEI能够有效削弱TSM对S_(chl)的干扰。

基于多时相主被动遥感的漓江水面监测与水质参数反演(2016-2020年)

以漓江流域为研究区域,以2016-2020年Landsat 8 OLI、GF-1、Sentinel-2A及Sentinel-1A逐月影像为数据源,选用归一化水指数(NDWI)、改进型归一化水指数(MNDWI)、增强型水体指数(EWI)、归一化差值池指数(NDPI)、后向散射系数(S)与主被动遥感加权指数(JQ)提取漓江水体信息,采用二类水体区域性近岸海域水色算法(C2RCC)、最大叶绿素指数(MCI)、双波段比值法(Double R)及叶绿素反射峰强度(ρchl)4种方式,反演漓江水体叶绿素a(Chl.a)与总悬浮物质(TSM)浓度.将漓江划分为278个基本评价单元,利用水面变化区域差异值(WDr)、河岸线发育系数(SDI)与水体信息变化动态度(K)等指标定量分析漓江上、中、下游枯水期和汛期的水文和水质信息的年内时空动态变化,得出以下结论:(1)主被动遥感加权指数JQ与NDPI指数的提取效果优于NDWI、MNDWI、EWI指数与后向散射系数,但与JQ指数相比,NDPI指数提取精度更高、可信度更强.(2)基于C2RCC算法反演的Chl.a浓度的均方根误差(RMSE)处于0.18~7.88 mg/m^(3)之间,TSM浓度的RMSE为0.17~12.55 g/m^(3),可较好地反映漓江水质参数变化情况.(3)基本评价单元的划分可清楚地分析出上、中、下游地区水域水面宽度、水域面积、Chl.a与TSM浓度的连续变化情况,实测数据则依靠站点监测,所得结果较分散,无法进行连续性分析.(4)漓江5-10月降水较多、水体流动性强,大部分地区平均水面宽度在100~250 m范围内,水体富营养化程度低,水质较好,但2月水质最差,水体富营养化程度较高地区主要集中于上、中游的兴安县、灵川县等城镇居民区以及下游旅游开发区较多的兴坪镇.

新丰江水库叶绿素浓度时空分布特征的遥感反演研究

研究水体的辐射传输机理,分析水中叶绿素、悬浮泥沙、耗氧性有机物对入射光的吸收和散射作用,求得遥感数据与水中物质浓度的定量关系,据此推导叶绿素浓度遥感反演模型。针对环境卫星数据进行大气纠正等预处理后应用模型反演新丰江水库的叶绿素浓度,反演结果与实测数据的相关系数为0.94,平均相对误差66.67%,精度较高,由此可知水库库心全年叶绿素浓度较低,库湾地区叶绿素浓度较高,实地考察发现与该地区大量的网箱养殖有关。本文的模型选取多时相数据,综合考虑多种水质因素,采用多波段求解,精度较高。