长江口水体表层悬浮泥沙时空分布对环境演变的响应

１ 引 言
悬 浮 泥 沙 随流 域 自然 环 境 和 人 为 活 动 不 断 呈 现 出 动 态 变 化 ， 与 海 岸 带 潮 汐 、 浪 等 共 同 作 并 风 用 ， 河 口岸 滩 地 貌 造 成 了 显 著 影 响 。 长 江 口悬 对 浮 泥 沙 浓 度 改 变 会 影 响 滩 涂 冲 淤 和 海 岸 带 环 境
等 。河 口及 近 海 水 体 中 的 悬 浮 泥 沙 大 部 分 是 由 陆
地 江河 的 径 流 注 入 的 ， 年 来 由 于 自然 气 候 和 环 近
背 景 下 悬 浮 泥 沙 的 总 体 演 变 趋 势 。基 于 以 上 考
虑 ， 文尝试 利用 １７ —２０ 本 ９ ４ ０ ９年 陆 地 卫 星 影 像 ，
考 虑 到 较 长 时 间尺 度 的 分析 ， 求 卫 星 系 列传 要
动态 变 化 等 特 点 ， 到 了 国 内外 广 大 研 究 者 的 重 得
视 ， 得 了 一 系 列 成 果 －。。何 青［ ］ 韩 震 等［］ 获 １。 ｎ、
感 器具 有 良好 的传 承性 、 档数 据时 间跨 度大 、 存 数据
１６ ４
海洋学报
３ ４卷
间跨 度 为 １ ７ —２ ０ ９ ４ ０ ９年 ， 顾 了枯 季 与洪 季 ， 兼 为使 不 同时期 具 有 可 比性 ， 量 选 择 潮 情 相 近 的 时 相 。 尽 重要 水利 活动 时 间如 在 １ ９ ，０ ３年前后 适 当加大 ９ ７２０ 数据 的密 度 。
质 量 与 精 度 高 。本 次 选 择 了 美 国 Ｌ ｎ ｓ ｔＭＳ ， ａ ｄ ａ Ｓ ＴＭ ， Ｔ 三类 数据 源 ， Ｅ Ｍ 共计 １ 个 时相 （ 表 １ ， ５ 见 ） 时
先后 在 长 江 口地 区 开 展 了悬 浮 泥 沙 光 谱 特 性 、 悬
浮泥 沙 反 演 模 型 研 究 ， 究 结 果 表 明 虽 尚 无 统 一 研
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
对 中 等泥 沙 含 量 １ ０ ３ ０ ｍｇ ｄ ～ ５ ／ ｍ。的 数 据 值 果 ５
选 用 的 是 Ｇｏｄ ｎ关 系 式 的 准 单 散 射 近 似 公 式 。 ｒｏ Ｇｏｄ ｎ关 系式 是 Ｇｏｄ ｎ等 利 用 蒙 特 卡 洛方 法 来 ｒｏ ｒｏ
解 辐射 传输 方程 ＿ ， 到 的公 式 为 ７得 ］
境 的变 迁 在 长 江 上 游 干 流 和 支 流 兴 建 水 库 、 土 水 保 持 ， 别 是 三 峡 大 坝 的 蓄 水 等 的 影 响 ［ ， 海 特 １ 人 ］
泥 沙量 呈 明 显 的 下 降 趋 势 。河 流 来 沙 减 少 对 河 口 悬 浮 泥 沙 浓 度 的 影 响 引 起 了 诸 多 研 究 者 的 关
度 在 可 以接 受 的范 围 之 内 。
Ｍｕ ｄ ｙ 依据 辐 射能在 大洋 中传输 方 程 ， 为 ｎ ａ 认
在 水 体光学 性 质完全 均一 的前 提下 取上式 的第 一项
表 ２ 含 沙量 实测 值 与 反演 计 算 值 比较
１ 期
陈勇 等 ： 江 口水 体 表层 悬 浮 泥 沙 时 空 分 布 对 环 境 演 变 的 响 应 长
表 １ 遥 感 影 像 数 据 源
作 为 近似值 ， ： 即
Ｉ Ｄ≈ ， （） ２
式中， 假设 吸 收 比 Ｏ 后 向散 射 比 均 为 含 沙 量 ／ 和 的线 性 的线性 函数 ， 即
』 ＋ ， 一
ｌ 一 ｆ ＋ｄ Ｃ ２ ２
（ ３ ）
代入 近似 表达 式 ， 假设代 表 水 分子 散 射 的 Ｃ 值 太 再 。 小 而忽 略不计 ， 最后 得 到的 Ｇ ｒｏ ｏ ｄ ｎ公式 ：
格 局 大体 一致 ， 四级分 布模 式 。１ ２ １ 以东 悬 呈 ２ 。０ Ｅ 沙 浓度 相对 较 高 ， 沙浓 度 在 １ ２３ 悬 ２ 。０ Ｅ一 线 开始 显
支小 ， 北支 水道 沿 海 域 方 向逐 渐 降低 。沿 南 支 与北 支 中心线 分作 做两 条 剖 面 线 ， 同年 份 含 量 剖 面 如 不 图 ３ 示 。图 ３的两 图均显 示南 支水 道悬 沙 含量 大 所 体 处 于平衡 状 态 ， 在北 支 水 道 则 河 口道 内 含 量 大 而
注 ［ 。遥 感 技 术 因具 有 覆 盖 面 大 、 ３ ］ 同步 性 和 连 续 性 好 、 息 丰 富 ， 以 快 速 监 测 河 口 悬 浮 泥 沙 浓 信 可
度 、 观揭 示 大 面 积 水 域 表 层 含 沙 量 分 布 状 况 和 直
提 供 科 学 依据 。
。
２ 数 据 与 方 法
第３ ４卷
第 １期
海
洋
学
报
Ｖｏ ． ４，Ｎｏ １３ ．１
２１ ０ ２年 １月
ＡＣＴＡ ｏＣＥＡ ＮＯＬＯＧＩ ＣＡ ＮＩ ＳＩ ＣＡ
Ｊ ｎ ａｙ ２ １ ａ ｕ ｒ ０ ２
长江 口水体 表 层悬 浮 泥沙 时 空分 布对 环境 演 变 的响应
陈勇 ， 震 ， 丽君 徐 俊 杰 刘 曦 韩 杨 ， ，
收 稿 日期 ：０ １０— ６修 订 日期 ：０ １０ －７ ２ １－１０ ； ２ １－６２ 。
基 金 项 目 ： 海 市 科 学 技 术 委 员 会 计 划 项 目“ 岸 带 地 质 环境 对 城 市 安 全 影 响 监 测 体 系 研 究 ” ０ ２ １０ ３ ０ ； 海 市 规 划 和 国 土 资 源 管 理 局项 上 海 （９３２３０）上 目“ 海 市 后 备 土地 资 源 动态 监 浏体 系 与应 用研 究 ” Ｇ ｚ０ ９０ ２ 。 上 （ ｔ２ ０ ０ １ ） 作者简 介： 陈勇 （９ ２ ）男 ， 北 省 松 滋市 人 ， 程 师 ， 士 ， 事 国 土 资 源 遥 感 研 究 。Ｅ ｍａｌｃ ｅｙ ｎ ｃ ｇ ＠ １６ ｃｒ １８ 一 ， 湖 工 博 从 － ｉ ｈｎ ｏ ｇ ｕ ｂ ２ ．ｏ ： ｎ
类水 利 工程 活动 响应敏 感 ， 较好 的揭 示 了环 境 的 变迁 。
关 键词 ： 感 ； 江 口； 浮泥 沙浓度 遥 长 悬
中 图分 类号 ： ３ ２ ５ Ｐ ３ ． 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ：２ ３４ ９ （０ ２Ｏ — １５０ ０ ５— １３ ２ １ ） １ ４—８ ０
的定 量 模 式 或 可 靠 的 模 型 参 数 ， 近 岸 Ⅱ类 水 体 但 表 层 悬 浮 泥 沙 浓 度 遥 感 模 式 已 趋 于 成 熟 。 刘 志 国 毕 世 普 ］ 张 宏 等 等 采 用 气 象 卫 星 数 据 ¨、 ， 开 展 了悬 浮 泥 沙 反 演 应 用 研 究 。研 究 主 要 侧 重 于 短 时 间 尺 度 的 悬 浮 泥 沙 动 态 变 化 规 律 ， 乏 从 一 缺 个 较 长 时 问 尺度 来 研 究 在人 类 活 动 与 自然 变 迁 的
正， 正按 Ｅ 校 ＮＶＩ． ４ ３上 在 进 行 ， 校 正 模 型 采 用 对
将 ２０ ０ ６年 建 成 的长 江 口深Hale Waihona Puke Baidu水 航 道 治 理 工 程 二 期
完 成 的 “ 江 口深 水 航 道 水 文 、 沙 、 浪 自动 遥 长 泥 波
Ｆ Ｉ ＡＡＳ Ｈ模 型＿ １ 引。鉴 于试 验 区 长江 口水体 含 沙 量
（ ． 海 市 地 质 调 查 研 究 院 ， 海 ２ ０ ７ ；２ １上 上 ０ ０ ２ ．上 海 海 洋 大 学 海 洋 科 学 学 院 上 海 ２ １ ０ ） ０ ３ ６
摘 要 ： 于 １ ７ —２ ０ 基 ９ ４ ０ ９年 １ ５个 时相 的陆地 卫 星 影像 ， 用 Ｇ ｒ ｏ 采 ｏ ｄ ｎ模 型在 长江 口地 区开展 了悬 浮
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
采 用 已成 熟 的 反 演 模 型 ， 河 口悬 浮 泥 沙 浓 度 进 对
行 了反 演 ， 步 分 析 了 悬 浮 泥 沙 浓 度 长 时 间 尺 度 初 的时 空 分 布 规 律 以 及 对 上 游 来 沙 量 减 少 的 响 应 ， 以期 为 海 岸带 地 质 环 境 研 究 以及 长 江 口滩 涂 演 变
ｌ≈一ｏ１ ＋ Ｄ ・６ １ ８
兰
，（） ５
式 中 ， Ｔ ｌ 为 Ｍ４和 ＭＳ ６波段 反射 率 。 Ｄ Ｓ
３ 结 果 验 证
为 了验 证 反 演 的 精 度 ， ＡｒＧＩ９ ３平 台 上 在 ｃ Ｓ．
在 反演 悬 浮 泥沙 前 ， 影像 数 据 进 行 了大气 校 对
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
降 幅度达 ４ ； Ｏ 悬浮 泥 沙浓度 演 化规 律 与长 江 口来 沙量 变化 规律 具 有较 好 的相 关性 ； 曲线 拐 点 与
２０ ０ ３年 的长 江截 流 、０ ６年 三峡水 库 蓄水 等重 大工 程 事 件 吻 合 良好 。在 忽略 波 浪 、 形 等 影 响 因 ２０ 地 素 的情况 下 ， 长 时 间跨 度 范 围 内， 在 遥感 技术 反 演 的长 江 口悬浮 泥沙 浓度 对长 江流 域环 境 变迁 与人
Ｉ Ｄ≈ ｃ ＋ ， ’
式 中， ｌ 水 体 光 谱 反 射 率 。 Ａ， ， 为 经 验 Ｄ为 Ｂ ｃ
参数 。 本 次研究 参数 Ａ， Ｃ 的值 来 自长江 口水 体 光 Ｂ， 谱 ｉ 量 实验 建立 的悬浮 泥沙 浓度 和光谱 反射 率 之间 受 ０ 的统计 相关模 式 ， 体 反演公 式 为 具
１７ ４
总平 均 相对 误 差
注 ： 对误 差 等 于计 算值 减 实 测 值 的 绝 对 值 除 以 实 测 值 。 相
４ 悬 浮 泥 沙 时 空 分 布 规 律
分析 １ 个 时相遥 感悬 浮泥 沙 含量 反演 结果 图 ， ５
主要 有如 下规 律 （ 图 １ 。 见 ） （ ） 同年份 、 １不 季节 表层 悬 浮泥 沙含 量空 间分 布
于 口门地 区含 量 。不 同年 份 间 的 差 异也 表 现 各 异 。
著下降， 长江 人海 泥沙扩 散的外 缘部分， 是 在
１ ３３ 以东 ， 沙 含 量 降至 与 背 景值 近 似 。泥 沙 ２ 。０Ｅ 悬 的扩 散形 态主 要呈 浑 水 舌 形 态 和 喷 流形 态 ， 前 缘 其 呈 羽 毛状转 折 。高含量 悬 沙主要 分 布于北 支 水道 以 及 水 下三 角洲 前缘 浑 水 舌 一 带 ， 由南 到 北 分 布 大 致