基于高光譜遙感的太湖水體藻藍(lán)素和CDOM濃度估算模型研究.pdf

1、本文以太湖為研究區(qū),基于大量的野外采樣、實(shí)驗(yàn)室分析和數(shù)學(xué)模擬數(shù)據(jù)集分析了春、夏、秋、冬四個季節(jié)浮游植物和CDOM光譜吸收系數(shù)的在太湖的時空分布特征,研究了夏季河流輸入對太湖CDOM的影響,建立了基于生物光學(xué)模型和固有光學(xué)量數(shù)據(jù)的浮游植物光譜吸收及CDOM的反演模型,并進(jìn)行精度驗(yàn)證,篩選出了較好的遙感估算模型,同時利用所建立浮游植物光譜吸收的三波段模型對Simis等(2007)建立的藻藍(lán)素遙感反演模型進(jìn)行了優(yōu)化,有效的提高其反演精度,使其

2、能夠更好的適用于太湖這樣的大型、渾濁的富營養(yǎng)化湖泊。為太湖CDOM和藻藍(lán)素的遙感監(jiān)測提供了科學(xué)依據(jù)。主要結(jié)論如下:
　　 全湖范圍內(nèi)浮游植物光譜吸收分布春季最高,冬季最低。從春季到夏季、秋季、冬季表現(xiàn)出減少的趨勢?？臻g上,四個季節(jié)浮游植物光譜吸收的最大值都出現(xiàn)在太湖梅梁灣內(nèi),且從北向南逐漸降低;最小值則多出現(xiàn)在太湖中南部湖區(qū)和東太湖,且湖心區(qū)域要小于近岸水體。根據(jù)葉綠素a反演常用的三波段模型,分析出浮游植物光譜吸收系數(shù)與對應(yīng)波段

3、遙感反射率之間的相關(guān)關(guān)系,最為敏感的三個光譜波段建立統(tǒng)計(jì)回歸模型aph(665)=2.131[Rrs-1(673)-Rrs-1(698)]×Rrs(731)+0.095,并根據(jù)用水色傳感器MERIS的波段設(shè)置,建立了基于MERIS數(shù)據(jù)的三波段模型。使用驗(yàn)證數(shù)據(jù)對三波段模型、MERIS數(shù)據(jù)的三波段模型和Simis等(2007)所建立的藻藍(lán)素PC模型中浮游植物光譜吸收模型分別進(jìn)行了驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)在太湖地區(qū)前兩種模型精度要明顯好于后一種模型。最后

4、利用所建立的高精度三波段模型將Simis等(2007)的PC模型進(jìn)行了優(yōu)化,推出了優(yōu)化的simis等(2007)PC模型,經(jīng)驗(yàn)證,這一優(yōu)化模型適用于太湖這樣的渾濁淺水湖泊,可以用來反演太湖中藻藍(lán)素的濃度。
　　 CDOM的分布冬季濃度最高,春季最低,其中冬季略大于秋季,顯著大于夏季和春季,夏季則略大于春季。所呈現(xiàn)出的時間分布特征與浮游植物光譜吸收正好相反;從空間上看,春季和冬季表現(xiàn)出相同的規(guī)律,都是梅梁灣內(nèi)最高,然后向南部湖區(qū)顯

5、著降低,說明春冬季節(jié)CDOM主要是分布在梅梁灣內(nèi),而夏季和秋季規(guī)律相同,以湖心為界北部湖區(qū)大于南部湖區(qū),兩個湖區(qū)內(nèi)部CDOM分布無顯著差異。在夏季三條河流CDOM輸入研究中,直湖港CDOM濃度最高,大浦河次之,長兜港最低,反映了太湖北面外源河流污染物輸入大于西南面。直湖港、大浦河、長兜港三條河流內(nèi)CDOM光譜吸收a(355)的均值為4.76±0.79m-1,顯著大于湖泊開敞水域的3.62±0.84m-1(ANOVA,p≤0.005)。從

6、河流往河口再往湖泊開敞水域CDOM光譜吸收大致呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢,反映了豐水期外源河流輸入CDOM對湖泊內(nèi)CDOM的重要貢獻(xiàn)。利用平行因子分析法對CDOM三維熒光圖譜解析獲得4組熒光組分,其中組分1和組分2為類蛋白熒光組分、組分3和組分4組類腐殖酸熒光組分,從河口至大太湖開場水域類腐植酸熒光強(qiáng)度逐漸減小,類蛋白組分熒光則明顯增大,暗示河流主要帶來類腐植酸熒光有機(jī)物。在CDOM遙感估算研究中,經(jīng)單波段、一階微分和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型三種不同C