长江口水体表层泥沙浓度的遥感反演与分析
长江口春季潮周期内总悬浮颗粒物浓度的光学遥感反演
长江口春季潮周期内总悬浮颗粒物浓度的光学遥感反演马骅;蒋雪中【摘要】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/m3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.【期刊名称】《华东师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】10页(P146-155)【关键词】水色要素;总悬浮颗粒物浓度;潮汐周期;遥感反射率;长江河口【作者】马骅;蒋雪中【作者单位】华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062;华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062【正文语种】中文【中图分类】O157.5悬浮颗粒物是陆地向海洋物质输运的重要载体,总悬浮颗粒物(Total Suspended Matters,TSM)浓度及其变化会对海洋生物、化学、物理过程产生重要影响,从而影响其生态环境和资源分布,在泥沙搬运、冲淤分析和河口三角洲演变研究中有重要价值,同时也是滩涂围垦和海岸工程建设的重要参考因素[1].相对于传统数据采集方法,遥感数据凭信在空间覆盖、时间周期覆盖以及历史数据再现等方面的优势,能为大面积水域监测提供有效途径[2],从最初的陆地资源卫星到各类水色传感器的出现,信助实测数据和经验知识,在一类水体中取得了成功,很多模式已经得到业务化应用[3-5].但是在长江河口这样的大河口地区,入海泥沙量大,是世界上悬浮物含量最高的海域之一[6],为典型的二类水体.受到潮流和径流交汇的影响,水动力存在日内涨落潮变化,半月大小潮变化以及洪枯季的径流变动,使得长江河口的TSM浓度及水体光学特性复杂多变.经验型反演算法基于TSM浓度与遥感反射率或离水辐亮度等表面光学数据的统计分析关系之上,算法简单,利于业务化,但是区域依赖性强,对时空变化较为敏感,在长江口地区的应用效果并不理想[7],至今仍没有理想的模型能够实现稳定监测,而且自三峡水库对干流径流进行调蓄以来,进入河口的水沙通量和季节分配与之前有很大不同[8],给河口水体的光学特性可能带来影响.本项研究通过现场光学特性测量,结合实验室测定同步TSM浓度数据,尝试改进综合指数算法来构建新的模型,以图更好地来刻画大河口潮周期内离水辐射的变化,为今后高光谱遥感数据的应用和建立全周期模式积累经验.2014年5—6月的现场测点位于长江口南槽的S1(121◦56′23.6′′E,31◦10′0.3′′N)和北港口门的S2(122◦05′45.0′′E,31◦22′42.9′′N)两个站点,采集了5月29—31日(大潮)和6月5—8日(小潮)7 d的连续观测数据.光学量测量使用Satlantic公司的Hyper-SAS高光谱数字光谱仪,测量范围从349～858nm,光谱分辨率为3.33 nm,经插值后光谱分辨率为1 nm,采用水面以上测量法[9],将辐射计伸出船体3m左右以避免船体阴影的影响,通过调整辐射计探头方向在避开太阳直射、忽略或者避免白帽现象的情况下,保持仪器的观测平面与太阳入射平面的夹角在90◦～135◦之间,向下总入射探头与海面法线方向保持在30◦～45◦之间,数据记录使用仪器自带SatView软件,室内利用Prosoft软件进行数据处理.现场观测共获得67组单独水沙数据和90组现场光学数据,其中41组为同步表面光学数据.剔除2组异常数据后,按照潮汐情况可分为15组大潮数据和24组小潮数据.非同步水沙数据用于分析大小潮期间的水沙变化特征,非同步光谱可用于分析大小潮离水辐射特征.遥感反射率Rrs可由(1)式计算而得[10]：其中,Ls,dif是天空漫散射光,是需要去除的干扰水体光谱的噪声信息.ρsky(W)Ls,dif 是气-水面对天空漫散射的反射率,它取决于太阳高度角等诸多因素,当风速较小(小于等于3m/s),天空无云或云量较少时,可根据Ruddick et al[11]计算,依据现场风速风向测量,取平均风速为3m/s,ρsky(W)Ls,dif=0.027 1,由此可以由(3)式计算出离水辐亮度为Ed(λ)是经过自带软件计算而得的海面总入射辐照度,因此,根据遥感反射率的定义, Rrs(λ,θ0,W)可以由(1)式计算得到.现场同步采集表层水样,于每天8：00—17：00每整点取水样600m L,特征潮情时刻(涨憩、落憩、涨急、落急)和光谱测量时刻加采,运送回实验室采用过滤称量法测量总悬浮物浓度.使用孔径0.2µm玻璃纤维滤膜对含沙水样进行抽滤,然后放入105◦C恒温箱内烘干,再放入干燥器中冷却10m in后放入万分之一分析天平称重,计算得到TSM浓度.2.1 CPTSM算法Mao Z等在中国东中国海,综合四种不同经验和简化半经验算法指数的优势,实现了CPTSM算法,不考虑潮汐对TSM的影响,在东海水域取得了良好的效果[12].CPTSM算法具体表述如(4)式：其中f1,f2,f3,f4是4个指数X1,X2,X3,X4的权重,这些指数可由(5)式计算而出,该算法选择SeaWiFS的7个波段即412 nm、443 nm、490 nm、510 nm、555 nm、670 nm、765 nm作为备选波段,将上述7个波段代入(5)式计算各指数与实测TSM的相关系数,选择其中在与实测同步数据集中相关系数最大的波段或波段组合作为反演建模波段.其中C1是理论衍生值,C1的取值决定于X1能否取得与TSM之间较高的相关性,经过测试,过大或过小的值都会降低两者之间的相关性,当C1在0.1左右时最为合适,本文测试了0.02, 0.05,093,0.15,0.2等值,发现在0.05～0.2之间X1与TSM之间的相关性几乎不变,为了与CPTSM算法对比,本文采用与原算法相同的值,即C1=0.093.长江口地区属于非正规半日潮,在半个月中出现一次大潮和一次小潮,相应表层悬沙浓度分布也不一样.将CPTSM算法引入长江河口,利用同步数据集中的31组数据,其中11组大潮、20组小潮建立模型,分别针对完整大小潮潮周期全部数据集(以下简称为大小潮)、大潮数据集、和小潮数据集进行相关分析.得到的最佳波段或波段组合结果如(6)式,从左至右的三个结果分别对应大小潮,大潮和小潮：为了表述简便,将X4指数中490 nm、510 nm、555 nm、670 nm、765 nm 5个波段的一阶微分之和记为.由于各指数波段选择、组合方式不同,变化范围差别非常大,不能有效体现出这些指数对综合指数的影响,必须通过权重加以平衡.计算(6)式中指X1—X4各指数的变化范围,以X3为基准,分别计算大小潮、大潮和小潮模型的权重f1—f4,计算得到的结果分别为(0.06,0.06,1,130),(0.06,0.05,1,145),(0.09,0.02,1,187).将以上结果代入(4)式就能得到综合指数CP,然后对TSM浓度的对数与综合指数进行统计回归分析,得到如(7)式所示的二者之间的线性关系,即为CPTSM的反演模型.利用实测数据建立的CPTSM模型拟合精度R2分别为0.83,0.86和0.70,F值分别为294.9,45.9和129.6,均大于95%置信度水平的F临界值,如图1所示,小潮期间的拟合精度相对较低可能是由于小潮期间同步光谱数据较大潮更接近中午,受到太阳直射的影响更为严重.同时,长江口地区TSM反演最佳波段为858 nm的近红外波段,而SeaWiFS并没有该波段,也是导致小潮精度较低的原因.2.2 ICPTSM算法光谱特征分析对于遥感反演算法的波段选择有着重要的意义,同时也能反映出研究区域内水体的表面光学特性.如图2所示,分析90组现场光学数据,其光谱特征无论在大潮还是在小潮都是典型的高泥沙浓度低叶绿素含量形式[13],在580～690 nm 波段范围内存在明显的第一反射峰,之后随着波段增加,遥感反射率明显下降,在750 nm附近形成一个反射谷,主要是因为水体自身的吸收造成,之后遥感反射率迅速增加,在760～840 nm之间形成第二反射峰,806 nm左右波段为峰值位置.CPTSM 算法的七个备选波段并不能完全反映悬浮颗粒物的光学特性,尤其是第二反射峰的特征,因此尝试增加806 nm和858 nm两个波段, 806 nm为第二峰峰值,858 nm 为现场所测高光谱数据的最大值,也是大多数传感器所具备的红外波段,一共有9个备选波段进行分析,能更全面地覆盖TSM在可见光和近红外的特征波段.S1站点大潮期间表层水体平均TSM浓度为0.136 4 kg/m3,小潮表层水体平均TSM浓度为0.099 5 kg/m3;S2站点大潮表层水体平均含TSM浓度为0.302 9 kg/m3,小潮表层水体平均TSM浓度为0.105 6 kg/m3.如图2所示表层悬浮总颗粒物浓度的变化范围从0.036 5 kg/m3至0.580 8 kg/m3,0.1 kg/m3以下TSM 浓度出现频率最大,低浓度大多出现在小潮阶段,由于S1、S2站点都处在长江口最大浑浊带的位置,大潮时的流速能达到小潮时的1.5～2.0倍,大潮时水体受到的扰动作用强烈,底部泥沙再悬浮作用特别明显,导致大潮时含沙量较小潮时成倍增加[14].小潮期间的TSM浓度比大潮期低很多,S2站点小潮TSM平均浓度只有大潮的1/3左右,而且小潮TSM浓度变幅较小,这可能是CPTSM模型小潮时效果不理想的原因.分析小潮期间28组遥感反射率数据与相应TSM浓度之间的线性相关性,如图4所示,发现在600 nm之前,相关系数一直都很低,在黄色波段之后,相关系数迅速上升,在710 nm之后稳定在0.8以上.TSM浓度与近红外波段遥感反射率度相关性很高,而且长江口地区也有显著的第二反射峰特性,在红色以及近红外波段上,颗粒物后向散射辐射与颗粒物浓度存在非线性关系,在不同波长上这种非线性关系也不同[15],由于在710 nm以后持续的高相关性,考虑引入第二反射峰峰面积来弥补CPTSM 算法在低TSM浓度时的不足,在CP指数中加入该值作为第五个指数X5.第二峰峰面积指数首先计算756～858 nm区间内Rrs曲线的积分面积,再用该面积减去该区域以下的梯形面积,该算法可以表述为(8)式：其中,X5是峰面积指数,Rrs(λ)是波长为λ的遥感反射率,B是相邻波段的间隔,λ1和λ2是第二峰的首尾波长.由于天空光反射在750～850 nm之间的反射曲线几乎为平的,因此该算法可以有效避免天空光的反射干扰,国内有学者在泥沙浓度不高的珠江河口二类水体的研究中发现TSM浓度与X5具有较高的相关性[16].考虑到模型的应用和备选波段的限制,将峰面积算法简化为计算以765 nm、806 nm和858 nm波段为顶点的三角形面积,如图5所示,该算法可以表述为(9)式：对比CPTSM模型的拟合TSM浓度与实测值(见图1),可以发现,在泥沙浓度小于0.2 kg/m3时反演值比实测值高,而在泥沙浓度大于0.2 kg/m3时,二次多项式能更好地描述综合指数和TSM浓度之间的关系,式(10)中a,b,c可通过实测TSM浓度与CP指数回归分析得到.因此将线性模式(式7)改进为二次多项式,经过改进的算法称为ICPTSM(improvedcomplex proxy)算法：2.3 算法验证与比较ICPTSM算法与CPTSM算法对比结果如表1所示,用R2表示模型的建模精度,从表1中可以看出,用ICP指数建立的二次多项式模型能保持在大小潮阶段的高拟合精度,而且在大潮、小潮分别建模时的拟合精度R2都比CP指数建立的线性模型高,大潮模型R2提高0.07,小潮模型R2提高了0.19.用剩下的4组大潮、4组小潮共8组数据分别使用大小潮、大潮和小潮的CPTSM 和ICPTSM模型反演TSM浓度,对比改进前后的反演效果,用反演值和实测值的均方根误差RMSE和线性相关性等参数表示模型的反演精度.从表2可以看出,ICPTSM算法在大小潮数据中改进不大,但是对于大潮和小潮分别建模的改进效果明显,使得大潮、小潮的回归系数R2都提高了0.15和0.23,相对误差分别降低6%和5%,如图6所示,ICPTSM算法较CPTSM算法能更好地适应长江口地区.选择858 nm波段建立单波段模型TSM=a×Rrs(858)+b,经过回归拟合建立模型,建模数据依然采用3.2节中的ICPTSM算法相同的数据集,并利用相同的数据验证其反演精度,如表3所示,结果表明ICPTSM算法无论在何种潮情下都优于传统的简单单波段模型.建模精度R2高出简单单波段模型0.1～0.2左右,反演结果与真实测量值的标准差低于简单单波段模型0.15～0.76 kg·m-3,相对误差低于简单单波段模型11%～38%.TSM浓度经验反演算法对于利用高光谱卫星影像数据十分重要,长江口地区表层总悬浮物浓度受到径潮流相互影响,水动力存在日内涨落潮变化,半月大小潮变化以及洪枯季的径流变动,TSM浓度及水体光学特性复杂多变,简单经验模式很难适应这么复杂的水体特性,分别建模更加符合实际情况.在CPTSM反演模型的基础上做了改进,建立了ICPTSM复杂经验反演模式,取得了良好的效果.ICPTSM算法在原有7个典型可见光谱波段的基础上增加了两个近红外波段,能有效利用光谱信息中的有利因素.为了克服在小潮期间低浓度反演精度不高的缺点,引入第二反射峰峰面积指数,使5个指数分别利用不同波段和不同组合方式,可以有效提高不同TSM浓度分布范围的算法健壮性.利用31组同步数据集分别建立了大小潮、大潮和小潮潮情下的ICPTSM反演模型,建模精度R2都在0.9左右,是较为适用的经验反演算法.8组同步实测数据验证结果表明对于大、小潮分别建模的反演相对误差都在21%以内,明显要高于大小潮统一模型,尤其是小潮模型的相对误差仅为12.91%,效果良好.经过与简单单波段模型对比分析,发现无论在何种潮情下,复杂模型反演精度都优于简单单波段模型.受到现场测量航次的限制,本次数据样本主要集中在春季洪季初期,下一步希望对长江口典型洪季、枯季TSM浓度的光学特性进行分析.【相关文献】[1]YANG S,ZHAO Q,BELKINIM.Temporal variation in the sediment load of the Yangtze River and the influences of human activities[J].Journal of Hydrology,2002,263(1)：56-71.[2]CURRAN P J.The semivariogram in remote sensing：An introduction[J].Remote Sensing of Environment, 1988,24(3)：493-507.[3]DOXARAN D,FROIDEFOND J,LAVENDER S,et al.Spectral signature of highly turbid waters：Application with SPOT data to quantify suspended particulate matter concentrations[J].Remote Sensing of Environment, 2002,81(1)：149-161.[4]DOXARAN D,FROIDEFOND JM,CASTAING P.A reflectance band ratio used to estimate suspended matter concentrations in sediment-dominated coastal waters[J].International Journal of Remote Sensing,2002,23(23)：5079-5085.[5]NOVO E M L M,STEFFEN C A,BRAGACZF.Results of a laboratory experiment relating spectral reflectance to total suspended solids[J].Remote Sensing ofEnvironment,1991,36(1)：67-72.[6]陈勇,韩震,杨丽君,等.长江口水体表层悬浮泥沙时空分布对环境演变的响应[J].海洋学报：中文版,2012(1)：145-152.[7]孟灵,屈凡柱,毕晓丽.二类水体悬浮泥沙遥感反演算法综述[J].浙江海洋学院学报(自然科学版),2011,30(5)：443-449.[8]刘红,何青,王亚,等.长江河口悬浮泥沙的混合过程[J].地理学报,2012(9)：1269-1281.[9]唐军武,田国良,汪小勇,等.水体光谱测量与分析Ⅰ：水面以上测量法[J].遥感学报,2004,8(1)：37-44.[10]MOBLEY C D.Estimation of the remote-sensing reflectance from above-surface measurements[J].Applied Optics,1999,36(38)：7442-7455.[11]RUDDICK K G,DE CAUWER V,PARK Y,et al.Seaborne measurements of near infrared water-leaving reflectance：The similarity spectrum for turbid waters[J].Limnology and Oceanography,2006,51(2)：1167-1179.[12]MAO Z,CHEN J,PAN D,et al.A regional remote sensing algorithm for total suspended matter in the East China Sea[J].Remote Sensing of Environment,2012,124：819-831. [13]樊辉,黄海军.黄、东海二类水体春季表观光谱特性与表层悬浮体浓度反演模式[J].海洋与湖沼,2010(2)：161-166.[14]刘红,何青,王亚,等.长江河口悬浮泥沙的混合过程[J].地理学报,2012,67(9)：1269-1281.[15]孙德勇,李云梅,乐成峰,等.太湖水体散射特性及其与悬浮物浓度关系模型[J].环境科学,2007(12)：2688-2694.[16]MA W,XING Q,CHEN C,et ing the normalized peak area of remote sensing reflectance in the nearinfrared region to estimate total suspended matter[J].International Journal of Remote Sensing,2011,32：7479-7486.。
长江口淤泥质潮滩高程遥感定量反演及冲淤演变分析
长江口淤泥质潮滩高程遥感定量反演及冲淤演变分析【摘要】：淤泥质潮滩作为陆海相互作用的敏感地带，滩面泥泞、潮沟密布、变化频繁，常规地形测量难度较大。
由于淤泥质潮滩具有一些能被可见光和近红外传感器探测到的特征，所以遥感技术为其地形信息提取和定量反演提供了广阔的前景。
本论文首先利用多时相卫星影像资料及海图资料，结合实地调查完成了上海市不同时期的滩涂资源解译工作，统计结果为探明上海市滩涂资源总量及其变化规律提供了科学依据。
利用遥感水边线方法和数值模型建立淤泥质潮滩的数字高程模型(DEM)。
作者在分析长江口区不同浓度水体与背景地物光谱特征的基础上，利用多时相卫星遥感影像，采用决策树方法及区域增长算法提取水边线信息，提高了水边线提取效率和精度。
利用国际上成熟的水动力数值模型(Delft-3D)模拟卫星过境时刻的潮位。
最后，对具有高程值的水边线系列利用不规则三角网(TIN)完成插值，生成潮滩的数字高程模型。
将得到的初始高程模型输入水动力模型，细化原来的地形条件重复运行模型，并将模型结果与水边线提取结果对比，进一步微调潮滩地形，直到模型模拟的水边线与卫星影像提取的水边线满足精度要求为止。
作者以九段沙为主要研究对象，为消除潮滩冲淤变化的影响，选取相近年份的遥感数据为数据源，利用上述方法建立了不同时间段内的潮滩高程模型，并通过对比分析研究了长江口深水航道工程对九段沙冲淤演变的影响。
以多时相高分辨率航空影像为数据源，在分析潮滩的动力沉积、动力地貌和光谱信息特征的基础上，进行了崇明东滩潮沟信息的提取。
根据上述的提取结果研究了Horton定律在崇明东滩潮沟系统中的适用条件，并利用Horton定律及分形分维理论从定量角度分析潮沟形态变化。
利用水边线高程反演技术，结合实测潮沟宽深比资料实现了潮沟地形反演，使潮滩地形得到更精细的刻画。
利用大量的实测植被光谱及生态调查数据，利用主成份分析方法(PCA)分析了潮滩植被光谱信息与生态环境因子的关系，并以此为基础将植被覆盖度指数(FVC)、潮滩高程、潮沟等信息作为植被分类的辅助信息。
遥感反演水体悬浮泥沙含量的基本原理
遥感反演水体悬浮泥沙含量的基本原理
近年来，随着遥感技术的不断发展，遥感反演水体悬浮泥沙含量逐渐成为一项热门研究。
水体悬浮泥沙含量是衡量水质浑浊程度的关键指标，因此对于水资源管理、环境保护和生态保护等方面都有着重要的意义。
遥感反演水体悬浮泥沙含量的基本原理是基于遥感图像获取的水体反射光谱特征，结合修正的比较水体光学特性的模型，通过建立反演模型，实现定量反演。
其中，反演模型的构建是遥感反演技术的核心。
常用的反演模型包括多元线性回归（MLR）、偏最小二乘回归（PLSR）、支持向量机（SVM）等。
这些模型都需要以大量的场样数据为依据，建立起遥感参数与悬浮泥沙含量之间的定量关系，以实现遥感反演水体悬浮泥沙含量的准确性和可靠性。
遥感反演水体悬浮泥沙含量的研究还需要考虑到一些限制因素，例如气象、地形、水色等因素都会对遥感反演水体悬浮泥沙含量的结果产生影响。
为了减少这些影响因素，研究者通常会选择不同时间、不同气象条件下的遥感数据，并且配合其他数据源进行多角度信号融合等方法，提高反演结果的精度。
遥感反演水体悬浮泥沙含量的应用非常广泛，比如在水资源管理方面，可以帮助水库管理者了解水库水质信息，指导水库供水调度；在环境保护方面，可以监测水体污染情况，及时发现环境问题，保障水体生态系统的稳定性。
总之，遥感反演水体悬浮泥沙含量作为一种快速、准确、经济的反演方法，为水资源管理、环境保护及生态保护等领域提供了有益的服务。
未来将随着遥感技术的不断发展，应用范围将更加广泛，反演精度将更加精细，为人类的可持续发展做出更大的贡献。
基于Landsat 8的长江口悬浮泥沙浓度遥感反演
基于Landsat 8的长江口悬浮泥沙浓度遥感反演马骅;钟煌亮;罗章;朱磊;施峰【摘要】悬浮泥沙浓度会对海洋生物、化学、物理过程产生重要影响,从而影响其生态环境和资源分布,在泥沙搬运、冲淤分析、河口三角洲演变研究中有重要价值,同时也是滩涂围垦、海岸工程建设的重要参考因素.利用2014年5月航次长江口南槽、北港定点连续观测的现场光谱与同步水沙数据,分析光谱特征和水沙变化特征,针对Landsat 8的波段设置建立了不同潮情下的复杂反演模式.Landsat 8影像具有空间分辨率高、重访周期短、数据获取方便的优势,本文利用其绘制的悬沙分布图分析了长江口悬沙分布特征.通过复杂反演模式综合多种现有区域算法,对比发现复杂模式能更有效克服常规模式的不足,根据农历大小潮的不同潮情分类模型能更好地适应长江口地区水沙变化特征,为上海市悬浮泥沙监测业务化运行提供参考.【期刊名称】《上海国土资源》【年(卷),期】2018(039)001【总页数】5页(P80-84)【关键词】悬浮泥沙;浓度分布;遥感反演;长江河口【作者】马骅;钟煌亮;罗章;朱磊;施峰【作者单位】中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司,上海 201208;中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司,上海 201208;中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司,上海 201208;中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司,上海 201208;中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司,上海 201208【正文语种】中文【中图分类】P737.14相比传统的数据采集方式而言，遥感数据具有空间覆盖、时间周期覆盖以及历史数据再现等方面的优势，能为大面积水域监测提供有效途径，还能发现常规方法难以发现的物质时空变化特征。
虽然水色遥感监测的方法还不能完全替代精确的实地测量方法，但是在宏观监测、评测、管理方面还是具有很大的优势。
海水按照其悬浮物的来源和物质组成的不同分为一类水体和二类水体，一类水体主要是大洋开阔水体，二类水体主要是近岸河口水体。
基于TM影像的长江口悬沙浓度遥感反演定量模式研究
２ ０ １ ３年 ８月
基于 Ｔ Ｍ 影 像 的长江 口悬 沙 浓 度遥 感反 演 定 量模 式 研 究
曹 通 郝 嘉 凌
京 ２ １ ０ ０ ９ ８ ）
高 晨 隋倜倜
（ １ ．河 海大 学 港 口海 岸与近 海工程 学 院 ， 南京 ２ １ ０ ０ ９ ８ ；２ ．河海 大 学 海岸 灾害及 防护教 育部 重 点 实验 室 ， 南
进 行 回 归分析 ， 得 到低浓 度悬 沙水体 运 用 多 项 式模 式 反 演效 果 较 好 ， 高 浓度 表 层 悬 沙水 体 运 用 乘 幂模 式反演效 果较 好 ， 同 时应用 Ａｒ ｃ ｇ ｉ ｓ 软 件绘 制 成 悬 浮泥 沙 空 间分布 图 ， 并 归纳 出长 江 口悬沙 分
布 和输 移 的基 本规律 ．
摘要 ： 近 年来 ， 由于 水 利 工程 等 因素 ， 长 江 入 海径 流 量 变 化较 大 并 导 致入 海 泥 沙 量 明 显呈 下 降 趋 势， 必会 影 响海岸 带环境． 利用遥 感技 术研 究泥 沙含 量 不仅速 度 快 ， 效率 高 ， 周 期短 ， 而且对 分 析 河
口海岸 带冲 淤变化 ， 研 究流域入 海 物质通 量 、 物 质循 环 、 河 口沙 洲 变化 ， 港 口建设 ， 航 道 治理 以及 海 岸带环境 管理 都有 十分 重要韵 意义． 利用 长江 口 ＴＭ 影像 数据 以及 现 场 采集 的 多个 长江 口表 层 悬 沙浓度 数据 ， 建 立 悬沙浓 度遥感 定量 反演模 式． 通过 对遥 感 数据 预处 理 ， 运用 不 同的 悬沙 反演 模 式
Ｃａ ｏ Ｔｏ ｎ ｇ Ｈａ ｏ Ｊ ｉ ａ ｌ ｉ ｎ ｇ ＇ Ｇａ ｏ Ｃｈ ｅ ｎ Ｓ ｕ ｉ Ｔｉ ｆ
获取 ,并可在一般计算机上运行。MODIS由于高的
利用MODIS反演长江中游悬浮泥沙含量的初步研究刘灿德1,2,何报寅1,李茂田3,任宪友1(1.中国科学院测量与地球物理研究所,武汉430077;2.中国科学院研究生院,北京100039;3.华东师范大学教育部地理信息开放实验室,上海200062)摘 要:在众多卫星传感器中,中等分辨率成像光谱仪(MODIS)数据因其高的时间分辨率和中等的空间分辨率,对于水质研究具有自身的潜力和优越性。
选取长江中游主河道武汉至宜昌段为例,利用MODIS250m波段数据定量反演了内陆河流悬浮泥沙的质量浓度。
研究结果表明,地面实测的悬浮泥沙质量浓度与MODIS1,2波段的反射率组合(R1-R2)/(R1+R2)有很好的相关关系(相关系数R2=0.72,样品数n=41),基于这种相关性建立了长江中游主河道武汉至宜昌段表层悬浮泥沙的遥感定量反演经验模型。
关键词:MODIS;悬浮泥沙;反演模型;长江中游中图分类号:TV152 文献标识码:A 文章编号:100027849(2006)022******* 传统的泥沙监测和分析方法主要为实地调查和采样分析,易受人力、物力、气候和水文条件的限制,因而不能从更广阔的范围给出水质的空间和时间变化规律。
采用遥感定量技术能迅速获得大面积水域的含沙量资料,其瞬间同步性好,重复获取数据的周期短,能有效地监测含沙量的分布和动态变化。
1 含沙水体的光谱特征悬浮泥沙水体的光谱反射特征是利用遥感数据提取含沙量信息、建立遥感信息2悬浮泥沙质量浓度定量模型的重要基础。
含有泥沙浑浊水体的反射波谱曲线一般整体高于清水,由于泥沙的散射,在可见光及近红外波段范围内,随着泥沙质量浓度的增大,水体的反射率增大,且反射峰位置向长波方向移动。
悬浮泥沙质量浓度不同的含沙样本均在波长为0.58～0.68μm的可见光波段出现辐射峰值[1],即该可见光波段对水中泥沙反映最敏感,是遥感监测水体悬浮泥沙的最佳波段。
在此波段范围内水体的光谱反射率与水体的混浊度等级(悬浮泥沙质量浓度差异的程度)呈线性相关关系。
基于高光谱遥感的长江口叶绿素a浓度反演推算
择最佳光谱波段或波段组合与指标浓度进行最大程
度的拟合,具有快 速、大 范 围、低 成 本 和 周 期 性 的 特
收稿日期:
２０１９ ０５ ２９ 修回日期:
２０２０ ０９ ０８
基金项目:国家自然科学基金(
６１９９１４５４).
l
Ｇ
aI
ndex,WCI)模型的波段进行
Copyright©博看网 . All Rights Reserved.
２
第４２卷第 ３ 期 水 生 态 学 杂 志 ２０２１ 年 ５ 月
优选,找出相关系数高的波段或波段组合,反演叶绿
点,一定程度上能够 有 效 检 测 叶 绿 素 浓 度 的 变 化 状
２０１９).叶绿素是富 营 养 化 湖 泊 水 体 监 测 的 一 个 重
要参数,可用于估测浮游植物的生物量和生产力,在
分析法.经验或半经验法是利用单波段水体反射率
营养 化 (张 兵 等,
２０１２;安 如 等,
２０１３;李 修 竹 等,
的光谱通道,能 够 更 精 准 识 别 目 标 地 物. 与 多 光 谱
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
况,也大大提高 了 反 演 精 度. 通 过 遥 感 技 术 反 演 水
质参数,目前常见的 方 法 有 经 验 或 半 经 验 法 和 物 理
或者双波段组合等 形 式,建 立 其 与 实 测 数 据 之 间 的
统计模型.李素菊等(
一定程 度 上 能 反 映 水 质 状 况 (Wange
ta
l,２０１５).
传统的监测方法可 精 确 测 定 出 各 项 水 质 指 标,但 存
在耗时长、成本高、效 率 低 的 问 题,而 且 监 测 点 的 位
长江口水域多光谱遥感水深反演模型研究
Study on Retrieval Model of Yangtze River Estuary Water Depth Extraction from Remote Sensing 作者： 徐升 张鹰
作者机构： 南京师范大学地理科学学院,江苏南京210097
出版物刊名： 地理与地理信息科学
页码： 48-52页
主题词： 水深遥感 反演模型 长江口北港河道
摘要：利用Landsat-7ETM＋遥感影像反射率和实测水深值之间的相关性可以探测水深。
该文介绍单波段、双波段比值和多波段3种线性回归模型以及动量BP人工神经网络水深反演模型。
选择长江口北港河道上段作为研究区，利用上述模型，分两种情况进行水深反演：一是以河道全部历史样本建模；二是将河道按自然水深划分为浅水区和深水区分别建模。
结果表明：神经网络模型预测精度高于线性回归模型；水深分区后线性回归和神经网络模型预测误差均有所减小。
基于遥感方法反演珠江三角洲西江干流悬浮泥沙分布研究
基于遥感方法反演珠江三角洲西江干流悬浮泥沙分布研究钟凯文①,②,刘旭拢①,②,解靓②,③,孙彩歌②,③(①广州地理研究所,广州510070;②广东省遥感与地理信息应用重点实验室,广州510070;③中科院广州地球化学研究所,广州510640)收稿日期:2008-04-02 修订日期:2008-05-07基金项目:广东省自然科学基金资助项目(6020300),广东重点引导科研计划项目(2007A060303009)。
作者简介:钟凯文(1972～),广东兴宁人,副研究员,主要研究方向:土地利用/土地覆盖,水色遥感,遥感与地理信息系统集成应用。
E 2m ail :zkw @摘要:基于定量遥感理论,采用水色光谱仪与传统泥沙测量对珠江同一河段在汛期和非汛期进行水样同步测量的方法,确保建立相关关系数据的同步性;由水色光谱仪测得的光谱值推算出遥感反射率,并等效计算准同步TM 图像相应波段的遥感反射率;再由水文测站测出悬浮泥沙浓度,通过对等效算出的TM 各个波段遥感反射率和悬浮泥沙浓度这两组数据分别在汛期和非汛期的相关分析,得到8种形式的经验模型。
结果表明,在汛期TM3波段光谱值与悬浮泥沙浓度之间的相关系数最高;在非汛期TM3与TM2波段的比值与悬浮泥沙浓度之间的相关系数最高。
因此,分别采用相应的模式进行研究区域悬沙浓度反演,效果良好。
关键词:珠江三角洲河段;遥感反射率;悬浮泥沙浓度;TM ;反演模式中图分类号:TP 79 文献标识码:A 文章编号:1000-3177(2009)101-0049-04河道泥沙含量及其运动规律是河道管理过程中需要考虑的重要问题,而水体中悬浮泥沙的含量大小直接影响河道泥沙含量,也影响水体的生态条件和河道、海岸带冲淤变化过程,因此悬浮泥沙含量的调查对河流、水质、地貌、生态环境的研究以及海岸工程、港口建设等具有重要的意义[1]。
常规的调查方法是用船逐点采样分析,调查速度慢,周期长,且只能获得在时间、空间分布上都很离散的少量点的数据。
三峡水库水体漫衰减系数光学特性及其遥感反演
J. Lake Sci . ( 湖泊科学 ), 2011, 23 ( 1): 95 103 http: //www. jlakes . org . E m a i: l jlakes @ nig las . ac . cn 2011 by J ournal of Lake Sciences
三峡水库水体漫衰减系数光学特性及其遥感反演
*
国家科技重大专项项目 ( 2009ZX 07527- 006 )、 国家自然科学基金项目 ( 40971215 )、 江苏省普通高校研究生 科研创 新计划项目 ( CX 09B- 301Z)、 南京师范大学优秀博士论文培养计划项目 ( 12432116011036 ) 、 江苏省普通高 校研究 生科研创新计划项目 ( CX 10B_392Z) 和南京师范大学优秀博士论文培育 计划项目 ( 2010b s0036) 联 合资助 . 2010 05- 18 收稿 ; 2010- 09 - 06收修改稿 . 徐 祎凡 , 男 , 1986年生 , 硕士研究生 ; E m ai: l xuyifan1986 @ 163. com.
H eng , L I U Z honghua , XU X in , TA N Jing , GU O Y u long &
长江口水体表层悬浮泥沙时空分布对环境演变的响应
道 ，９ ９ 最 高值 与 １ ９ １８ 年 ９ ７年 最 低 值 相 比 下 降 了近
４ ； １ ９ —２ ０ Ｏ 在 ９ ７ ０ ２年 悬 沙 含 量 呈 波 状 变 化 ；０ ２ ２ ０
年之后 南 支 与北 支 的悬 沙 含量继 续 维持 波状 变化 特
征 ， 总 体上 看在 北支处 于 波状 上升 趋势 ， 南支 基 但 在 本维 持在 平衡 状态 。 （） ３ 在空 间分 布上 ， 南支 悬沙 含量 变化 幅 度较北
动态 范 围较 宽 （ ～ １０ ０ｍｇ ｄ ） 为 此本 次研 究 ０ ０ ／ ｍ。 ，
测系统” ７个 浮 标 系 统 站 与 反 演 结 果 进 行 叠 加 。 由于 同步 实 测 数 据 较 少 ， 文 对 计 算 的 泥 沙 含 量 本 值进行检验 ， 过测量 当天与成 像时刻 较接 近 的 通 现 场 采 样 点 的含 量 数 据 对 计 算 结 果 进 行 对 比 ， 结 果 如 表 ２所 示 。 由 于 各 种 自然 因素 的 影 响 ， 上 加 反 演 模 型 本 身 的误 差 ， 反 演 精 度 带 来 一 定 的 影 给 响 。本 方 法 对 高 含 量 与 低 浓 度 水 体 误 差 较 大 ， 但
３
Ｒ 一
Ａ ） （ ，
式 中 ， 为光 谱反 射率 ； 吸收 系数 ； 为后 向散 Ｒ ａ为
射 系数 ； 为常数 。 Ａ
较 好 ， 差 控 制 在 ２ ６左 右 ， 体 误 差 为 误 ０／ ９ 总 ３ ． ４ 。考 虑 到 半 定 量 反 演 精 度 的 要 求 ， 精 ００ 其
泥沙 浓度 反 演研 究 。对反 演结 果 的 时空分布 规 律分 析表 明： ４ 来 长 江 口悬浮 泥 沙 浓度 最 大 下 近 ０ａ
长江口南汇嘴海域表层悬浮泥沙分布和运动遥感分析
２ 遥感 数 据 资 料 及 处 理
图 １南汇嘴边滩形势及潮流流速玫瑰图
Ｆ ｇ１ ｉ． Ｒｏ ｅ ｍａ ｆ ｉ ａ ｕ ｒ ｎ ｅｏ ｉ ｎ ｔ ｅ Ｎａ ｈ ｉ ｉ ｉａ ａ ｓ ｐ ｏ ｄ ｌ ｒｅ ｔｖ ｌ ｃｔ ｉ ｎ ｕ ｚ ｄ ｌ ｔ ｔ ｃ ｙ ｈ ｕ ｔ ｉ ｆ
２１ ０ ０年 ｌ ０月
作 者 简 介 ： 书华 （９ ９ ）男 ， 北省 邱 县 人 ， 理 研 究 员 ， 要从 事 河 口海岸 动力 地 貌 及数 学 模 型 研 究 。 左 １７ 一 ， 河 助 主
Ｂ０ ｒｐ ｙ Ｚ ０Ｓ ｕｈ ａ １７ 一 ， ａ ，ｓｉａ ｔ ｒｆｓ ｒ ｉｇａ ｈ ：Ｕ ｈ —ｕ （９ ９ ）ｍ ｌ ａｓ ｔ ｏｅｓ ． ｅ ｓｎ ｐ ｏ
左右的传递方向进入杭州湾北岸（ 南汇南滩 ）另一股以 ３５左右传递方 向进入长江 口南槽 （ ， ０。 南汇东滩 ）大 ； 潮时涨 、 落潮平均流速均在 ０ ０ １ ８ｍｓ最大垂线平均流速为 １ ３ ２１ ｍｓ一般落潮流大于涨潮流［ ． ． ／， ６ ２ ． ～ ． ／， ２ ３ １ 引。 根据长江 口引水船站多年的波浪资料统计 ， 波浪以风浪为主 ， 占 ８％， 约 ０ 涌浪和混合浪分别 占 １％ ５ 盛 ５ 和 ％，
中图 分 类号 ： Ｖ １２ Ｔ ９ Ｔ ４ ；Ｐ７ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ５ ８４ （０ ０ ０— ３４ ０ １０ － ４ ３ ２ １ ）５ ０ ８ — ６
多种卫星传感器反演长江口悬浮泥沙浓度的对比分析
Ｓｅ ｖ ｅ ｒ ａ ｌ Ｓａ ｔ ｅ ｌ ｌ ｉ ｔ ｅ Ｓｅ ｎｓ ｏ ｒ ｓ
ＰＥＮＧ Ｘｉ ａ ｎ ｇ — ｙ ｉ ， ＳＨＥＮ Ｆ ａｎ ｇ
（ Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｓ ｔ ｕ ａ ｒ ｉ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ Ｃ ｏ ａ ｓ ｔ ａ ｌ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ． Ｅ． ａ ｓ ｔ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｎ ｏ ｒ ｍａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ６ ２ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
物（ Ｓ ｕ ｓ ｐ ｅ ｎ ｄ ｅ ｄ Ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ Ｍａ ｔ ｔ ｅ ｒ ， Ｓ Ｐ Ｍ） 浓度 的数据 ，并 将上述 反演 与 Ｅ ｎ ｖ ｉ ｓ ａ ｔ ／ ＭＥ Ｒ Ｉ Ｓ反
演进行 了对 比。结果表 明， ＭＯ Ｄ Ｉ Ｓ、 ＭＥ Ｒ Ｓ Ｉ 、Ｇ Ｏ Ｃ Ｉ 传 感器 的天顶辐 射亮度 与 ＭＥ Ｒ Ｉ Ｓ 的线性相 关性均 较好； Ｇ Ｏ Ｃ Ｉ 、 ＭＯ Ｄ Ｉ Ｓ与 ＭＥ Ｒ Ｉ Ｓ的 Ｒ ｒ ｓ 一致， ＭＥ Ｒ Ｓ Ｉ 与 ＭＥ Ｒ Ｉ Ｓ的 Ｒ
摘
要： 通过用 Ｓ ｈ ｅ ｎ等 ［ ］ 的方 法对 Ｔ ｅ ｒ ｒ ａ ／ ＭＯ Ｄ Ｉ Ｓ 、Ｆ Ｙ － ３ Ａ ／ ＭＥ Ｒ Ｓ Ｉ 、Ｃ Ｏ ＭＳ ／ Ｇ Ｏ Ｃ Ｉ 传 感
器入 瞳处 的辐射 亮度 即天 顶辐 射 亮度 进行反 演计算， 得 出了遥 感反射 率 Ｒ ｒ ｓ 与悬浮颗 粒
水 体 ，仅 ＧＯ Ｃ Ｉ能 很 好 地 体 现 。
关键 词： Ｆ Ｙ － ３ Ａ ／ ห้องสมุดไป่ตู้Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ ；Ｔ ｅ ｒ ｒ ａ ／ ＭＯ Ｄ Ｉ Ｓ； Ｃ Ｏ ＭＳ ／ Ｇ Ｏ Ｃ Ｉ ；河 口海岸 ；悬浮 泥沙浓度 ；遥
文献综述-长江口水文、泥沙计算分析
长江口水文、泥沙计算分析文献综述1 研究背景河口地区是海陆相互作用最为典型的区域，其水动力条件复杂，如径流、潮汐、波浪、沿岸流以及地转科氏力等作用强烈；人类活动也颇为活跃，其作为经济发展的强势地位集中体现在沿江、沿海等地域优势上。
众所周知，河流泥沙资料是为防治水土流失、减轻泥沙灾害、合理开发水土资源、维护生态平衡等方面的宏观分析与决策研究，以及流域水利水电工程建设规划、设计和水库运用、调度管理等提供科学依据的重要基础工作。
我国属于多河流、广流域的国家，据统计，在我国长达21000多公里的海岸线上，分布着大小不同、类型各异的河口1800多个，其中河流长度在100公里以上的河口有60多个（沈焕庭等，2001）。
长江是我国第一大河，水量丰沛，输沙量大，全长约6300km，流域面积约180万km2，占全国面积的1/5。
其河流长度仅次于尼罗河与亚马孙河，入海水量仅次于亚马孙河与刚果河，均居世界第三位。
据长江大通站资料(1950~2004)，流域平均每年汇集于河道的径流总量达9.00 X 1011m3，并挟带约3. 78 X 108t泥沙(中华人民共和国泥沙公报，2004)，由长江河口的南槽、北槽、北港和北支等四条汉道输送入海。
根据长江口水流动力性质和形态特征，可分为径流段、过渡段、潮流段和口外海滨段。
过渡段是径流与潮流相互消长的河段，它自五峰山镇至徐六径，长约184km。
潮流段是潮流势力逐渐增强，径流势力相对减弱，风浪与风暴潮对河道的影响大增的河段，它自徐六径至河口，长约174km。
口外海滨段是诸多水动力因素非常活跃的场所，又受到海岸、海底等边界条件的制约，水流动力情况比较复杂。
它的大致范围是西起长江口拦门沙前端、东至水下三角洲前缘，南自南汇嘴附近、北达江苏省篙枝港(胡辉，1988；沈焕庭2000，2001；宋兰兰，2002)。
每个典型河段都有其固有的且相互影响的悬移质含沙量分布特性，它们在长江口地貌形态、河口演变过程中扮演着重要角色。
基于GOCI遥感影像的长江入海口悬浮沉沙浓度反演及其时空动态分析
基于GOCI遥感影像的长江入海口悬浮沉沙浓度反演及其时空动态分析长江入海口,位于中国的东部,是一个对渔业和经济都影响很大的生态系统。
然而,入海口一带经常出现高负荷的悬浮沉沙。
这不仅影响了水质,还影响了地貌演变。
此外,泥沙的浓度还有很大的动态变化。
因此,对入海口一带悬浮沉沙的时空动态变化进行实时监测就显得非常重要。
为了实现对悬浮沉沙空间动态和昼夜循环的监测,本研究使用地球同步轨道海洋水色成像仪GOCI(Geostationary Ocean Color Imager)卫星数据。
通过对GOCI数据进行校正,去除大气吸收和散射作用对辐射光谱的影响,获取来自水体目标物的离水反射率(Rrs,water leaving reflectance)。
采用MODTRAN辐射传输模型,设置多种大气校正方案,计算不同方案下的校正结果,得到Rrs图集。
同时,通过设定一系列连续的悬浮沉沙浓度(SSC,suspended sediment concentrations),用2SeaColor模型计算对应浓度下的Rrs,生成一个查询表。
用匹配的方法分别选出影像每个像素点的最优大气校正方案并反演出泥沙浓度。
使用实测数据检测遥感反演结果,Rrs的相关系数达到0.81,SSC的相关系数为0.68。
可见本方法在反演高度浑浊水体泥沙浓度的研究上与其他SSC产品相比有很大的改进。
用本方法处理同一天不同时刻的GOCI影像,对悬浮沉沙进行空间动态和昼夜循环的分析。
在空间上,根据不同的沉沙浓度,研究区域呈现三个区域:高浓度区(泥沙浓度高达2000 mg/l)、中等浓度区(泥沙浓度范围是50 mg/l-100 mg/l)和低浓度区(远离海岸的区域,也是含沙量最低的区域,其浓度一般低于10 mg/l)。
在时间范畴上,研究结果揭示了泥沙浓度昼夜变化与潮汐的关系:水体的最大浑浊度与海水水位有一定的滞后关系;当潮水上涨时,悬浮沉沙的浓度先下降后上升,这与外来海水的稀释作用和底泥的再悬浮作用有很大的关系。
长江口水质MERIS卫星数据遥感反演研究
长江口水质MERIS卫星数据遥感反演研究谢明媚;孙德勇;丘仲锋;王胜强;路颖;吴晨颖;叶之翩;岳小媛【摘要】【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(634~644 nm)的二次函数形式最优,决定系数R2为0.837,均方根误差(RMSE)为0.226 mg·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(650 nm/644 nm)的二次函数形式最优, R2为0.552,RMSE为0.486 mg·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。
%[Objective]In order to grasp the distribution map of water quality parameters more accurately,we evaluate the estuary which has complex dynamical system.[Methods]After using 30 in situ remote sensing reflectance data collected in May 2011 and trying many kinds of band combinations and function forms,the optimal empirical models for chlorophyll-a concentration and total suspended matter concentration were established.[Results]For total suspended matter concentration,Quadratic function model by band difference(634~644 nm)performs best,of which coefficient of determination (R2 )is 0.837 androot mean square error (RMSE)is 0.226 mg·L-1 .In the model validation,the mean ab-solute percentage error(MAPE)by using the in-dependent dataset shows a value of 58.2%.For chlorophyll-a concentration,quadratic function model by band ratio (650 nm/644 nm)performs best,of which coefficient of determination (R2 ) is 0.552 and root mean square error(RMSE)is 0.486 mg·m-3 .In the model validation,the mean absolute percentage error (MAPE)by u-sing the independent dataset shows a value of 66.2%.The MERIS satellite data in May 2011 were evaluated by the models,and the distribu-tion map was obtained for spatial concentration of chlorophyll-a and total suspended matter of the Changj iang Estuary through simulation.There was a trend that the concentration of chloro-phyll-a decreased gradually from the estuary to the sea,and the maximum value appeared in the Zhoushan Islands.The concentration of total suspended matter reduced stepwisely to the sea.[Conclusion]As is shown in the evaluation parameters,the total suspended matter concentration model has accurate effect in retrieve water quality while the chlorophyll-a concentration model has lower effect.【期刊名称】《广西科学》【年(卷),期】2016(023)006【总页数】8页(P520-527)【关键词】叶绿素a浓度;总悬浮物浓度;MERIS;卫星遥感算法【作者】谢明媚;孙德勇;丘仲锋;王胜强;路颖;吴晨颖;叶之翩;岳小媛【作者单位】南京信息工程大学海洋科学学院，江苏南京 210044;南京信息工程大学海洋科学学院，江苏南京 210044;南京信息工程大学海洋科学学院，江苏南京 210044;南京信息工程大学海洋科学学院，江苏南京 210044;南京信息工程大学海洋科学学院，江苏南京 210044;南京信息工程大学海洋科学学院，江苏南京210044;南京信息工程大学海洋科学学院，江苏南京 210044;南京信息工程大学海洋科学学院，江苏南京 210044【正文语种】中文【中图分类】P731.14【研究意义】长江口是我国最大的河口，每年约有4×108 t泥沙及大量污染物质被径流携带入海，其中作为浮游植物营养盐的N、P、Si等的含量非常高[1]。
基于高光谱数据的珠江口表层水体悬浮泥沙遥感反演模式
基于高光谱数据的珠江口表层水体悬浮泥沙遥感反演模式刘大召;张辰光;付东洋;沈春燕【期刊名称】《海洋科学》【年(卷),期】2010(034)007【摘要】利用2006年12月4日珠江口海域实测的高光谱遥感反射率数据及悬浮泥沙质量浓度数据,进行了该海域表层水体悬浮泥沙遥感反演模式的研究.研究结果表明,悬浮泥沙质量浓度与Rrs(λ1)/Rrs(λ2)- Rrs(λ1)/Rrs(λ3)的相关性较好, 其中Rrs(λ)代表遥感反射率, λ代表波长, λ1＝762.6 nm, λ2＝559.09 nm, λ3＝772.78 nm, 建立了悬浮泥沙质量浓度定量遥感反演模式, 该模式的均方根误差为4.67 mg/L, 可以用于珠江口海域的悬浮泥沙质量浓度的遥感监测.【总页数】4页(P77-80)【作者】刘大召;张辰光;付东洋;沈春燕【作者单位】广东海洋大学,广东,湛江,524088;桂林理工大学,地球科学学院,广西,桂林,541004;广东海洋大学,广东,湛江,524088;广东海洋大学,广东,湛江,524088【正文语种】中文【中图分类】TP79【相关文献】1.基于实测数据的鄱阳湖悬浮泥沙粒度遥感反演模式分析 [J], 况润元;谢佳;张萌;李文红;张刚华2.基于RBF神经网络的鄱阳湖表层水体总悬浮颗粒物浓度遥感反演 [J], 江辉;周文斌;刘小真3.珠江口藻华水体总吸收系数的变化特性及高光谱反演模式 [J], 王桂芬;曹文熙;杨跃忠;周雯;梁少君4.基于高光谱数据的汉江中下游典型河段水体悬浮物遥感反演 [J], 肖潇;徐坚;赵登忠;程学军;李国忠;赵保成;徐健5.近岸Ⅱ类水体表层悬浮泥沙浓度遥感模式研究进展 [J], 刘志国;周云轩;蒋雪中;沈芳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
应用MODIS遥感影像反演长江口表层泥沙场
应用MODIS遥感影像反演长江口表层泥沙场
刘杰;程海峰;徐志扬;赵德招
【期刊名称】《水运工程》
【年(卷),期】2009(000)010
【摘要】以长江口拦门沙水域为对象,利用长系列MODIS遥感数据和"长江口遥测系统"实测含沙量,建立悬浮泥沙定量遥感模型,并反演长江口水域表层悬浮泥沙场.研究结果显示大潮涨潮后期九段沙附近存在高含沙水体进入北槽中下段.
【总页数】4页(P58-60,64)
【作者】刘杰;程海峰;徐志扬;赵德招
【作者单位】上海河口海岸科学研究中心,上海,201201;河口海岸交通行业重点实验室,上海,201201;上海河口海岸科学研究中心,上海,201201;河口海岸交通行业重点实验室,上海,201201;苏州市环境监测中心站,江苏,苏州,215004;上海河口海岸科学研究中心,上海,201201;河口海岸交通行业重点实验室,上海,201201
【正文语种】中文
【中图分类】TV142
【相关文献】
1.基于MODIS遥感影像的大气水汽反演研究 [J], 王丽美;夏春林;孙林
2.二类水体的MODIS数据大气校正及在渤海表层水体叶绿素浓度监测反演中的应用研究 [J], 于堃;陆殿梅
3.基于MODIS遥感影像的福建近岸海表温度反演 [J], 苏诚;肖康;叶娜
4.基于偏差原则利用MODIS红外资料反演大气廓线以及表层温度 [J], 赵强;杨世
植;张玉平;陈新兵
5.基于多光谱遥感影像的富川县表层土壤有机质含量反演 [J], 屈冉;张雅琼;聂忆黄;熊文成;娄启佳;滕佳华
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
长江口水体表层泥沙浓度的遥感反演与分析
【摘要】：水体悬浮泥沙浓度监测在海岸带环境管理中有重要的意义。
常规船测法的成本较高，并且覆盖空间范围小，同步站点较少。
卫星遥感数据具有明显的时间与空间优势，成为近岸Ⅱ类水体悬浮泥沙浓度反演与动态分析的重要数据源。
本文以长江口及其附近水域为研究区，主要开展了以下工作：1)现场水体光谱测量。
用ASDFieldSpec 光谱仪现场测量长江口Ⅱ类水体的反射率高光谱，同步采集表层0.5m 深处的水样，带回实验室用过滤称重法计算水样的泥沙浓度；同步测量流速、水体浊度等要素。
2)对光谱数据进行处理，去除天空光等影响，计算水体的遥感反射率。
光谱数据筛选，取平均以及一阶微分导数处理。
3)分析水体反射率光谱的特征及其对表层泥沙浓度响应；基于最小二乘法，分别建立光谱反射率与泥沙浓度之间的指数形式和幂函数形式的拟合方程。
选择对应常用卫星传感器波段，并且对泥沙浓度敏感的波长，建立泥沙浓度和光谱反射率之间的统计回归模式。
4)对卫星遥感数据进行处理，然后从遥感数据中反演水体表层悬浮泥沙浓度；借助多期A VHRR和TM遥感影像反演的结果，对长江口泥沙分布进行遥感监测和分析。
取得的成果和结论：1)水体反射光谱曲线随泥沙浓度不同而变化，并且存在两个反射峰(560～720nm和790～830nm)；波长大于500nm的光谱反射率与悬浮泥沙浓度之间具有明显的相关性，特别是690～830nm的相关系数大于0.8，对泥沙浓度较为敏感。
2)基于最小二乘法，建立水体泥沙浓度和反射率之间的统
计回归模式，结果表明，利用715nm波长的光谱反射率与泥沙浓度的指数拟合回归方程对泥沙浓度估算的效果优于幂函数形式；用670nm、715nm和800nm波段建立的指数方程比810nm和860nm波段的指数方程的拟合程度高。
参照常用卫星传感器的波段设置，建立了泥沙浓度和A VHRR、MODIS和TM对应波段反射率之间的统计回归模式。
3)选择A VHRR、MODIS和TM数据作为主要数据源，对水体表层的泥沙浓度进行反演。
根据不同时相遥感数据的结果，分析了长江口泥沙的分布受季节变化、潮流和径流影响的模式。
特别是通过多年数据的分析发现，1998年、2004年和2006年分别为径流来水特丰、平水和特枯年，径流量变化对长江口泥沙分布格局有显著影响。
【关键词】：遥感高光谱悬浮泥沙浓度长江口II类水体
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P237;TV148.1
【目录】：摘要7-8ABSTRACT8-10附图10-12附表12-13目录13-15第一章绪论15-241.1选题背景和研究意义15-181.1.1选题背景15-181.1.2研究意义181.2国内外研究进展18-211.3研究思路和全文内容21-24第二章水色遥感的理论基础24-362.1水色遥感的原理
24-282.1.1水体分类24-252.1.2水色遥感的物理参量25-262.1.3离水辐亮度对传感器接收信号的贡献26-282.2水色遥感常用的传感器类型28-312.2.1水色卫星系列传感器28-302.2.2其它卫星传感器30-312.3水色要素反演算法模式31-342.3.1经验-统计法3123.2模型分析法31-332.3.3半经验-半分析法33-342.4关键问题342.5小结34-36第三章水体光谱测量与统计模式分析36-593.1水体光谱测量原理373.2水面以上光谱测量规范与实验37-393.2.1观测几何角度37-383.2.2光谱仪参数设置383.2.3光谱测量流程38-393.3光谱数据处理39-413.3.1数据筛选393.3.2数据变换39-413.4水体光谱分析41-443.4.1水体光谱特征规律41-423.4.2高光谱数据分析42-443.5SSC 统计回归模式分析44-573.5.1定量模型的数学形式44-463.5.2峰值反射率与SSC回归分析46-483.5.3基于A VHRR波段的SSC统计回归模式48-503.5.4基于MODIS波段的SSC统计回归模式50-543.5.5基于TM波段的SSC统计回归模式54-573.6小结57-59第四章遥感数据处理与泥沙浓度反演59-744.1遥感数据的辐射校正模式59-624.1.1基于地面实测分析法59-604.1.2基于图像信息法60-614.1.3基于大气辐射传输理论61-624.2遥感数据处理与分析624.3基于A VHRR数据的泥沙浓度反演62-674.3.1A VHRR数据处理63-654.3.2基于A VHRR 的泥沙浓度反演65-674.4基于MODIS数据的泥沙浓度反演67-724.4.1MODIS数据预处理67-704.4.2基于MODIS的泥沙反演70-724.5基于TM数据的泥沙浓度反演72-734.5.1TM数据预处理72-734.5.2基于TM悬浮泥沙反演734.6小结73-74第五章长江口表
层泥沙浓度遥感监测和分析74-945.1长江口概况74-755.2长江口泥沙分布规律75-765.3影响因素76-805.3.1来水来沙变化76-775.3.2潮流与环流77-785.3.3地形地貌785.3.4气候与天气78-795.3.5人类活动79-805.4基于遥感的水体泥沙监测分析80-935.4.1长江口悬浮泥沙分布模式80-845.4.2季节变化与泥沙分布84-875.4.3潮汐周期与泥沙分布87-905.4.4径流变化与泥沙分布90-935.5小结93-94第六章结论与展望94-976.1结论94-956.2展望95-97参考文献97-103参加科研项目103发表论文103-104致谢104 本论文购买请联系页眉网站。