基于空间插值的长江口邻近海域春季悬浮物和叶绿素a空间分布分析

针对目前利用实测数据对长江口邻近海域水质状况进行分析研究相对偏少的情况,基于“淞航”号2018年春季航次对该海域的综合观测,利用实验室水样分析数据对船载温盐深仪(CTD)的测量数据进行校正,并对该区域2018年春季时节悬浮物(TSM)和叶绿素a(Chl-a)浓度的空间插值结果进行分析。研究结果表明:CTD观测数据与水样分析数据呈较强线性相关关系。反距离权重插值对TSM和Chl-a浓度空间分布具有整体最优的效果。TSM浓度在近岸和近海底较高,在观测区域内出现两个高值中心;Chl-a浓度在近岸海域较高,有较明显的片状高值结构,垂向上表层较高。TSM与Chl-a浓度分布在长江口南北表现出不同的特征,且两者具有一定的负相关性。长江径流、外海洋流、潮汐混合等水动力过程是影响该区域TSM和Chl-a浓度分布的主要因素。

基于PIE-Engine Studio的西藏典型湖泊总悬浮物反演

总悬浮物浓度是水环境评价的重要参数之一,并且能在各个方面影响水体其他参数。青藏高原湖泊环境正处于大幅变化的时期,而其分布与动态变化与湖泊的环境息息相关。基于西藏典型湖泊29个采样点水质实测数据和LandSat 8 Collection 2遥感数据,使用PIE-Engine Studio平台,对比分析了基于单波段和多波段组合的多种总悬浮物浓度反演模型,选出了最优的总悬浮物浓度反演模型,并运用该模型分析了色林错、扎日南木错以及塔若错总悬浮物2013~2023年月度时空变化特征。分析结果表明:①总悬浮物对绿光、红光波段最为敏感,以波段反射率组合(B3+B4)、(B2/B3)(B2为蓝光波段,B3为绿光波段,B4为红光波段)为自变量,总悬浮物浓度为因变量的三波段模型为西藏典型湖泊总悬浮物浓度遥感反演最佳模型;②总悬浮物浓度年内变化总体存在季节规律,夏季浓度高,而春秋季低。在色林错,浓度在北部较高,高值夏季主要分布在西北岸,而秋冬季则在东北岸,受风向影响较大;在扎日南木错的西部较高;在塔若错,夏季在南部较高。3个湖泊均在11月时出现东部浓度重新升高的现象。③年降水量与各湖泊的悬浮物浓度相关性较高。年际变化中,2013~2023年,悬浮物浓度的年均值先是逐年升高,在2018年后随着年降水量的减少而逐渐下降或稳定。另外,色林错、扎日南木错、塔若错湖面面积分别增长了2.87%(约68.14 km^(2))、3.01%(约30.31 km^(2))、1.01%(约4.87 km^(2)),色林错持续扩张,扎日南木错和塔若错先快速扩张,而后萎缩,湖面面积与悬浮物浓度均值表现较同步,均是受降水量和径流的影响。研究结果可为高原湖泊水质评价提供理论依据,为水土流失、水资源保护提供科学参考。

中高风速下海气CO_(2)交换速率影响因子探究

波浪破碎、气泡是中高风速下气体交换速率的关键因子。文章分析计算了气泡和非破碎部分的贡献,并结合热带气旋和近岸海域的特点考虑了悬浮物浓度的影响,进而评估生物在气体交换中的作用。中高风速下气泡对交换速率的贡献为55%~76%。悬浮物浓度整体贡献仅次于气泡对交换速率的贡献,为11%~19%。由悬浮物浓度增大而影响的生物碳循环过程十分重要,研究结果可为量化研究中高风速下CO_(2)气体交换提供思路。

基于哨兵-2MSI数据的高邮湖水体叶绿素a浓度和总悬浮物浓度遥感反演

哨兵-2号卫星多光谱成像仪(MSI)数据的空间分辨率高,重访周期短,适用于高邮湖这类中小型湖泊的水质反演。利用实测水体光谱数据模拟出哨兵-2 MSI数据,并建立了适用于该数据在高邮湖反演叶绿素a(Chl.a)浓度和总悬浮物(TSM)浓度的模型。经过验证,Chl.a的反演均方根误差(RMSE)为8.02μg/L,平均相对误差(MRE)为18.4%,TSM的反演RMSE为16.2 mg/L,MRE为23.3%,表明该模型具备理想的反演精度。利用哨兵-2 MSI数据和建立的反演模型,可以获得高邮湖Chl.a和TSM时空分布情况。初步分析发现,高邮湖这2项水质参数的分布与湖内的围网养殖和入湖径流之间存在一定关系。

基于Sentinel-2卫星数据的城市湖泊湿地叶绿素A及总悬浮物浓度定量监测分析——以长沙市松雅湖为例

将湖南省长沙市松雅湖生态湿地湖泊作为研究区,以2016年12月9日和2020年11月8日两期Sentinel-2卫星MSI影像为基础数据源,基于二类水体区域性近岸海域水色算法(C2RCC),对监测区的叶绿素A浓度及总悬浮物浓度进行反演。监测结果表明,秋冬季节,松雅湖水生态修复区的叶绿素A浓度和总悬浮物浓度平均值与非修复区相比,呈现整体偏低的趋势。随着时间推移,松雅湖三个区域的整体叶绿素A浓度和悬浮物浓度均有明显降低。研究结果表明,此方法可为快速高效开展生态湿地湖泊水体的生态状况评价提供基础数据支撑。

长江口及其邻近海域悬浮物浓度和浊度的对应关系

长江三峡工程一期蓄水自2 0 0 3年6月1日开始,到6月10日结束.为了研究长江三峡工程蓄水对长江口环境的影响,在2 0 0 3年6月15日至6月2 4日期间组织了长江口及其邻近海域环境的综合调查.根据该次调查所取得的悬浮体浓度和浊度的实测资料,探讨了不同水体中两者可能存在的相关性,以期达到根据易得的浊度数据获得更多悬浮体浓度分布规律的目的.同时,分析了两者关系的主要影响因素和关系式的适用范围.结果表明:长江口及其邻近海域不同水体悬浮体浓度和浊度之间均存在有较好的相关性。

HY-1 CCD宽波段水色要素反演算法

利用2003年春季黄海、东海区现场实测数据,建立了HY1卫星4波段CCD成像仪水色要素反演算法.由于HY1CCD的宽波段特性阻碍了黄色物质的反演,因此反演的水色要素仅包括水体表层的总悬浮物、悬浮泥沙(SS)以及叶绿素a的浓度.现场遥感反射率光谱由ASD地物波谱仪测量,对于叶绿素a的浓度利用现场萃取荧光法测量,总悬浮物、悬浮泥沙由实验室滤膜称重法获得.反演算法的拟合相关系数均大于0.88,平均相对误差在40%以下.对反演算法进行了误差灵敏度分析,结果表明对于总悬浮物、悬浮泥沙和低浊度水体中的叶绿素a的浓度反演算法能够满足日常的业务运行要求,但是对于高浊度水体中叶绿素a的浓度反演算法对某个波段组合比较敏感,仍需要进一步探讨.

近红外波段二类水体悬浮物生物光学反演模型研究

通过野外高光谱仪对二类混浊水体进行光谱测量,分析了400～1200nm范围内的水体光谱特性。显示高浓度悬浮物含量对水体总的反射率贡献较大,在近红外波段处的808和1067nm存在较为明显的悬浮物反射峰。基于对水体固有光学特性参数在近红外波段范围内的简化条件,建立了反演悬浮物浓度的生物光学模型经验公式,并通过与线性和指数反演公式的对比,进行了模型反演精度评价。分析结果表明,基于近红外波段的生物光学模型反演精度较高,可有效地提取二类混浊水体的悬浮物浓度信息。

基于HJ-1卫星CCD数据的长江中游武汉河段悬浮物浓度反演

环境一号(HJ-1)卫星是我国自发研制的专门用于环境和灾害监测的光学卫星.其数据获取周期短、空间分辨率高,能及时、连续、准确地监测悬浮物浓度时空变化,在内陆二类水体遥感监测方面具有良好的应用前景.该文以长江中游武汉河段为研究区,利用HJ-1卫星CCD数据第1、3波段建立了具有较高精度的悬浮物浓度反演模型,并对2008年11月14日武汉河段悬浮物浓度进行了反演,得到其空间分布图.结果表明,该模型的悬浮物浓度反演均方根误差(RMSE)为8.84mg/L,平均绝对百分比误差(MAPE)为13.6%.从空间分布来看,在武汉附近,长江干流悬浮物浓度高于支流汉江,江心洲滩附近水体悬浮物浓度偏高.

基于GOCI数据的浙江沿海赤潮监测

浙江是一个拥有丰富海洋资源的海洋大省,同时浙江沿海也是赤潮高发区,开展浙江海域赤潮监测的研究对于浙江省海洋生态保护和海洋经济发展具有重要的意义。遥感技术可以实现赤潮的高效监测,在赤潮监测研究中被广泛应用。文章基于高时空分辨率GOCI影像研究浙江沿海的赤潮监测。首先使用紫外波段大气校正方法获得GOCI的遥感反射率数据,进而基于遥感反射率数据反演得到浙江沿海的总悬浮物浓度(Total Suspended Particulate Matter,TPM)和赤潮指数(Red Tide Index,RI),最后在通过实验获得用于浙江沿海赤潮信息提取的TPM和RI的最佳阈值后进行赤潮监测。统计分析结果表明TPM和RI的最佳阈值分别为17 mg·L^−1和0.23,即当水体TPM不大于17 mg·L^−1且RI不小于0.23时判断为赤潮水体。使用TPM和RI最佳组合阈值提取2011—2016年间5次较为典型的赤潮事件的面积误差范围为20.45%—127.34%,平均面积误差为64.86%,表明本文赤潮提取结果的误差是可接受的;同时提取到的赤潮分布及位置信息亦与海洋公报中的记录基本吻合。赤潮提取结果所具有的位置准确性和较小的面积误差说明该文的方法可用于浙江沿海赤潮监测的参考。最后,又以2011年5月29日温州海域和2014年5月23日舟山海域的赤潮事件为例进行了浙江海域赤潮的日变化规律研究。结果表明浙江海域的赤潮发生面积存在明显的先增后减的日变化规律,并且在正午时刻左右达到最大值,这种赤潮面积的日变化可能与浮游植物昼夜垂直迁移有关。

广州市河网水体总悬浮物变化的遥感分析

悬浮物是指悬浮在水中的固体物质,它的含量是衡量水污染程度的指标之一,同时也是影响水体光学属性的主要指标之一。珠江是我国境内的第三长河流,包括东江、西江、北江等支流,汇合至广州河段然后进入南海。该研究基于高精度光学卫星遥感数据对珠江河网悬浮泥沙含量进行评价。利用5个航次现场实测的总悬浮物及水体光谱数据,建立了基于Landsat卫星的珠江河网总悬浮物浓度遥感反演模型,并使用Landsat-7与Landsat-8数据提取了1999-2014年珠江广州段河网总悬浮物浓度。研究发现,珠江广州段总悬浮物浓度自1999年开始增加,至2002年达到最高,2002年以后存在逐步降低的趋势。该研究成果可为决策部门及广大市民提供快速、高质量、可视化的水质变化信息。

杭州湾及其邻近海域总悬浮物浓度卫星遥感

近海及海湾总悬浮物是重要的水质参数之一,而杭州湾及其邻近海域是典型的海湾与近岸海域,与人类关系密切。卫星遥感广泛应用于海水总悬浮物浓度的探测与分析。利用现场实测数据,建立了中国HY-1C/D卫星水色水温扫描仪(Chinese Ocean Color and Temperature Scanner, COCTS)及其他当前在轨的典型水色遥感器在杭州湾及邻近海域的总悬浮物卫星遥感反演方法模型,模型平均相对误差不高于19%。反演并融合获得了HY-1C/D等多源卫星2015-2022年杭州湾及邻近海域的总悬浮物浓度卫星遥感及其融合数据。融合数据经实测数据对比验证,两者之间线性相关系数为0.72,平均相对偏差为26%。卫星遥感结果表明,2015-2022年间杭州湾及其邻近海域总悬浮物浓度年际变化不大,其线性变化不超过其年平均浓度值的0.5%。研究结果表明利用包括HY-1C/D卫星COCTS等的海洋水色遥感载荷,可有效遥感反演得到杭州湾及其邻近海域的总悬浮物浓度并分析其时空变化特征。

基于GF-1与实测光谱数据鄱阳湖丰水期总悬浮物浓度反演

总悬浮物浓度是水质评价的重要参数之一。2015年8月,在鄱阳湖布设33个采样点,通过测量水面光谱和采集水样进行检测,获取水面遥感反射率、总悬浮物浓度和叶绿素a浓度等数据。结合实测水面遥感反射率数据与总悬浮物浓度的相关性分析,建立了单波段、一阶微分和波段比值3种反演模型,并分别进行了精度验证。研究发现,3种反演模型的拟合度(R2)均大于0. 9,其中单波段模型最优,其R2、均方根误差(root mean square error,RMSE)及平均相对误差(mean relative percentage error,MRPE)分别为0. 980 5,3. 78 mg/L和16. 99%。将该单波段模型应用于2015年8月3日的高分一号(GF-1)卫星影像数据,同样得到了较高的反演精度,R2,RMSE和MRPE分别为0. 847 7,12. 23 mg/L和35. 22%。结果表明,鄱阳湖丰水期总悬浮物浓度值总体偏低,平均值为23. 26 mg/L,高值主要集中在鄱阳湖北部通江河道及其以南的中部水域,其余水域分布较为均匀。利用2015年10月24日GF-1影像和准同步观测的21个采样点的总悬浮物浓度数据使用此模型做进一步验证,其反演精度接近于2015年8月影像验证结果,表明该模型能进一步推广应用到鄱阳湖不同时期总悬浮物浓度的反演。通过实测光谱的分析以及在遥感影像上的应用,可以为鄱阳湖总悬浮物浓度的反演以及环境监测提供参考。

长江口水质MERIS卫星数据遥感反演研究

【目的】获取准确的水质参数分布情况,进而对水质参数与动力作用复杂的河口水域环境进行综合评价。【方法】利用2011年5月30组长江口水域的遥感反射率数据,在尝试多种波段组合以及不同函数形式后,针对叶绿素a浓度和总悬浮物浓度分别建立最优经验反演模型。【结果】对总悬浮物浓度,波段差值(634~644nm)的二次函数形式最优,决定系数R^2为0.837,均方根误差(RMSE)为0.226mg·L^(-1),利用独立的验证样本得到平均绝对百分比误差(MAPE)为58.2%。对叶绿素a浓度,波段比值(650nm/644nm)的二次函数形式最优,R^2为0.552,RMSE为0.486mg·m^(-3),利用独立的验证样本得到MAPE为66.2%。将模型运用于2011年5月MERIS卫星数据,反演出长江口水域叶绿素a浓度与总悬浮物浓度空间分布图,叶绿素a浓度呈现出从河口向外海逐渐减少的趋势,最大值出现在舟山群岛附近。总悬浮物浓度呈阶梯状向外海减少。【结论】通过评价参数可看出,总悬浮物浓度反演模型对总悬浮物浓度反演效果较为准确,而叶绿素a浓度反演模型显示对叶绿素a的反演浓度较低。

基于同期光学与微波遥感的茅尾海及其入海口水体悬浮物反演

悬浮物是近海海湾及潟湖水质的重要影响因素之一。遥感技术能够准确快速地反演水体的悬浮物浓度,但鲜有同时利用2种不同类型的数据源反演同一研究区的悬浮物浓度。该文基于同一时期(2019年9月)的GF-1C光学影像和GF-3微波数据,采用双波段比值算法和Cloude-Pottier分解算法分别对原始影像进行图像分割和目标提取,并在此基础上,结合同期野外采样数据,利用三次多项式回归算法,开展了茅尾海及其入海口水体悬浮物反演。精度分析显示,GF-1C反演模型相关系数(R^(2))、均方根误差和平均相对误差分别为0.88,130.25 mg/L和9.65%;而GF-3反演模型对应结果分别为0.61,230.87 mg/L和15.13%,研究表明,GF-1C光学遥感反演精度(90.35%)要好于GF-3微波遥感反演结果(84.87%),但2种反演结果分布具有较高的相似性和一致性,进一步表明基于2种不同数据源建立的反演模型能够为茅尾海悬浮物反演和海岸带环境监测提供参考。

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GF-1/WFV的钱塘江叶绿素a和总悬浮物浓度遥感估算

为了探究高分一号(GF-1)卫星对河流水体水质参数遥感反演的效果,使用GF-1卫星数据的16 m分辨率的GF-1/WFV传感器数据和地面实测数据,基于地面实测光谱反射率数据模拟WFV波段组合,构建水体叶绿素a和总悬浮物浓度遥感模型,从而对钱塘江流域杭州段水体水质参数进行估算。研究结果表明:基于B1-B3差值的二次多项式模型可用于叶绿素a浓度估算(R^2=0.83,RMSE=0.74μg/L),基于B3波段的二次多项式模型可用于总悬浮物浓度的估算(R^2=0.92,RMSE=1 mg/L);通过模型应用于准同步的GF-1/WFV数据,较好反映了低潮位钱塘江杭州段水体叶绿素a和总悬浮物浓度的空间分布,为高分一号卫星数据遥感监测钱塘江水色参数做出了有益的探索性工作。研究方法及结果对其他流域河流水色遥感研究具有参考价值。

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.

长江口春季潮周期内总悬浮颗粒物浓度的光学遥感反演

长江河口水域由于受径潮流相互作用和高含沙量影响,水体光学特性具有特殊性.同一潮周期内大潮时总悬浮颗粒物浓度能达到0.5 kg/m^3以上,而小潮时最大总悬浮颗粒物浓度只有大潮的1/3,高总悬浮颗粒物浓度和潮周期内较大的变差,使得很多经验算法无法取得良好的反演效果.为了能适应该区域特殊水体特性,通过改进总悬浮颗粒物的复杂指数模式,建立了适合长江口地区的改进模式.利用2014年5月航次现场光学和同步水沙数据分析了长江河口地区总悬浮颗粒物浓度随着潮周期的变化特征,在原有7个备选波段的基础上引入了806nm和858 nm两个备选波段,补充近红外波段峰面积指数作为复杂指数模式的第五个指数,将复杂指数与总悬浮颗粒物浓度的对数之间线性关系改进为二次多项式关系,针对不同潮情的水体特性建立了分潮情的改进模型.结果表明:改进的模型可以适用于长江口水域,大、小潮分别建模得到的反演精度较大小潮统一模型更高,能更好地刻画潮周期内离水辐射的变化,反映总悬浮颗粒物浓度的潮周期变动.

基于哨兵2号MSI数据的高邮湖水质参数遥感估算研究

利用卫星数据对湖泊水体进行水质演化监测可以迅速掌握污染动向,对及时快速决策有重要意义。文章基于地面实测光谱反射率数据模拟MSI波段组合,构建水体叶绿素a和总悬浮物浓度的遥感模型,并利用哨兵数据对高邮湖的水质参数进行估算。研究结果表明,高邮湖的叶绿素a浓度估算平均相对误差(MRE)为22.5%,总悬浮物浓度估算平均相对误差(MRE)为15.0%。因此,将哨兵2号MSI数据应用于该遥感模型,能较好的掌握高邮湖水质参数时空变化情况,对湖泊水质的研究具有一定的参考价值。