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(yīng)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(chǎng)所。水質(zhì)惡化、海洋生態(tài)系統(tǒng)失衡、赤潮災(zāi)害頻發(fā)等海洋生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益明顯,近岸海域資源和環(huán)境問(wèn)題正受到越來(lái)越多的關(guān)注。懸浮泥沙是水環(huán)境評(píng)價(jià)的重要參數(shù),目前,遙感已成為水體懸浮泥沙監(jiān)測(cè)的重要手段。懸浮泥沙遙感反演模式主要有:經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模式、半經(jīng)驗(yàn)半分析模式、理論分析模式。半經(jīng)驗(yàn)半分析模式介于理論分析模式和經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模式之間,具有一定的理論基礎(chǔ),近年來(lái)得以充分研究和應(yīng)用。與傳統(tǒng)意義的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模式相

2、比,半分析模型無(wú)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(shí)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(shí)測(cè)光譜數(shù)據(jù)和懸浮泥沙濃度的基礎(chǔ)上,建立了基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭b感反演模型;利用輻射傳輸理論,推算水體固有光學(xué)量;通過(guò)對(duì)懸沙固有光學(xué)參數(shù)與濃度的相關(guān)性分析,結(jié)合水體生物光學(xué)理論模型,建立了基于半分析模式的遙感反演模型;通過(guò)對(duì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀敕治瞿Ｐ偷膽?yīng)用與

3、對(duì)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(yàn)?zāi)Ｊ?平均相對(duì)誤差為30.83％,均方根誤差(RMSE)為4.22mg/l。研究成果,為進(jìn)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(chǔ),具有重要的理論和實(shí)際意義。
　　主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　(1)曹妃甸近岸海域懸沙光譜特性研究;
　　實(shí)測(cè)各站點(diǎn)光譜數(shù)據(jù),計(jì)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(yàn)統(tǒng)計(jì)遙感反演模式研究;
　　基于ALOS遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品,依據(jù)實(shí)測(cè)光譜數(shù)據(jù)和表層懸浮泥沙濃度,利用統(tǒng)計(jì)回歸方法建立懸浮泥沙濃度遙感反演經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)算法。
　　(3)曹妃甸近岸海域懸沙濃度半經(jīng)驗(yàn)半分析遙感反演模式研究;
　　利用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)光譜數(shù)據(jù)、粒徑數(shù)據(jù)和表層懸浮泥沙濃度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)水體中懸浮顆粒物的固有光學(xué)參數(shù)進(jìn)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(yàn)?zāi)Ｊ脚c半分析模式的對(duì)比分析;
　　通過(guò)三種評(píng)價(jià)指標(biāo)從反演模型與反演結(jié)果兩方面對(duì)半分析模型與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行對(duì)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(shí)測(cè)光譜反射率與實(shí)測(cè)懸浮泥沙濃度的相關(guān)分析可知,Band

6、4、Band3/Band1、Band3/Band2、Band4/Band1為懸浮泥沙遙感監(jiān)測(cè)的敏感波段。
　　2)利用實(shí)測(cè)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(duì)應(yīng)波段遙感反射率的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模式,結(jié)果顯示,Band3/Band2的二次多項(xiàng)式模型相關(guān)系數(shù)R2最高,為0.977;根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆囱萁Y(jié)果,對(duì)反演精度進(jìn)行評(píng)定,平均絕對(duì)誤差為5.34mg/l,平均相對(duì)誤差為36.77%,均方根誤差(RMSE)為6.02mg/l。

7、　　3)采用固有光學(xué)量與懸浮泥沙濃度相關(guān)系數(shù)R2為0.998的3波段建立經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型;表觀光學(xué)量和固有光學(xué)量建立理論分析模型;聯(lián)立兩個(gè)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(duì)反演精度進(jìn)行評(píng)定,平均絕對(duì)誤差為3.61mg/l,平均相對(duì)誤差為30.83%,均方根誤差(RMSE)為4.22mg/l。
　　4)通過(guò)對(duì)兩種反演模型的對(duì)比和分析,半分析