曹妃甸近岸海域懸浮泥沙遙感反演半分析模型的建立與應用.pdf

1、近岸海域是聯(lián)系海洋和大陸之間物質(zhì)和能量交換的重要場所。水質(zhì)惡化、海洋生態(tài)系統(tǒng)失衡、赤潮災害頻發(fā)等海洋生態(tài)環(huán)境問題日益明顯,近岸海域資源和環(huán)境問題正受到越來越多的關注。懸浮泥沙是水環(huán)境評價的重要參數(shù),目前,遙感已成為水體懸浮泥沙監(jiān)測的重要手段。懸浮泥沙遙感反演模式主要有:經(jīng)驗統(tǒng)計模式、半經(jīng)驗半分析模式、理論分析模式。半經(jīng)驗半分析模式介于理論分析模式和經(jīng)驗統(tǒng)計模式之間,具有一定的理論基礎,近年來得以充分研究和應用。與傳統(tǒng)意義的經(jīng)驗統(tǒng)計模式相

2、比,半分析模型無論是在懸浮泥沙反演的方法還是精度上都得以顯著提高,實現(xiàn)了傳統(tǒng)懸浮泥沙遙感反演的―黑箱模式‖向―灰箱模式‖轉(zhuǎn)變。
　　本文以2009年ALOS遙感數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源,在分析曹妃甸地區(qū)實測光譜數(shù)據(jù)和懸浮泥沙濃度的基礎上,建立了基于經(jīng)驗模式遙感反演模型;利用輻射傳輸理論,推算水體固有光學量;通過對懸沙固有光學參數(shù)與濃度的相關性分析,結(jié)合水體生物光學理論模型,建立了基于半分析模式的遙感反演模型;通過對經(jīng)驗模型、半分析模型的應用與

3、對比分析,結(jié)果顯示,曹妃甸近岸海域懸浮泥沙遙感反演,半分析模式優(yōu)于經(jīng)驗模式,平均相對誤差為30.83％,均方根誤差(RMSE)為4.22mg/l。研究成果,為進一步深入研究曹妃甸近岸海域懸浮泥沙遙感反演模式,奠定了基礎,具有重要的理論和實際意義。
　　主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)曹妃甸近岸海域懸沙光譜特性研究;
　　實測各站點光譜數(shù)據(jù),計算水體表面遙感反射率,繪制光譜反射率隨懸沙濃度變化的光譜曲線圖,并分析其特征與規(guī)

4、律。
　　(2)曹妃甸近岸海域懸沙濃度經(jīng)驗統(tǒng)計遙感反演模式研究;
　　基于ALOS遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品,依據(jù)實測光譜數(shù)據(jù)和表層懸浮泥沙濃度,利用統(tǒng)計回歸方法建立懸浮泥沙濃度遙感反演經(jīng)驗統(tǒng)計算法。
　　(3)曹妃甸近岸海域懸沙濃度半經(jīng)驗半分析遙感反演模式研究;
　　利用現(xiàn)場實測光譜數(shù)據(jù)、粒徑數(shù)據(jù)和表層懸浮泥沙濃度實測數(shù)據(jù)對水體中懸浮顆粒物的固有光學參數(shù)進行推算;建立基于吸收系數(shù)與后向散射系數(shù)的遙感反演半分析模型。
　

5、　(4)曹妃甸近岸海域懸沙濃度遙感反演經(jīng)驗模式與半分析模式的對比分析;
　　通過三種評價指標從反演模型與反演結(jié)果兩方面對半分析模型與經(jīng)驗模型進行對比分析,選擇最佳遙感反演模型。
　　取得的成果和結(jié)論:
　　1)水體光譜曲線因水體中懸浮泥沙的濃度不同而存在差異,遙感反射率呈雙峰特征,其第一峰出現(xiàn)在550～600nm區(qū)間,第二峰出現(xiàn)在800nm左右。根據(jù)光譜曲線特征和實測光譜反射率與實測懸浮泥沙濃度的相關分析可知,Band

6、4、Band3/Band1、Band3/Band2、Band4/Band1為懸浮泥沙遙感監(jiān)測的敏感波段。
　　2)利用實測光譜數(shù)據(jù)和懸浮泥沙濃度數(shù)據(jù),建立懸浮物濃度與對應波段遙感反射率的經(jīng)驗統(tǒng)計模式,結(jié)果顯示,Band3/Band2的二次多項式模型相關系數(shù)R2最高,為0.977;根據(jù)經(jīng)驗模型的反演結(jié)果,對反演精度進行評定,平均絕對誤差為5.34mg/l,平均相對誤差為36.77%,均方根誤差(RMSE)為6.02mg/l。

7、　　3)采用固有光學量與懸浮泥沙濃度相關系數(shù)R2為0.998的3波段建立經(jīng)驗統(tǒng)計模型;表觀光學量和固有光學量建立理論分析模型;聯(lián)立兩個模型建立懸沙遙感反演半分析模型SSC=30.829-494.891*Rrs+2487.318*Rrs2。根據(jù)半分析模型的反演結(jié)果,對反演精度進行評定,平均絕對誤差為3.61mg/l,平均相對誤差為30.83%,均方根誤差(RMSE)為4.22mg/l。
　　4)通過對兩種反演模型的對比和分析,半分析