基于氣-水輻射傳輸模擬的水色參數(shù)一體化遙感估算研究.pdf

1、對水色參數(shù)的遙感反演，通常是先對遙感影像進(jìn)行大氣校正，再利用所建立的遙感信息模型估算水色參數(shù)。在內(nèi)陸水體的大氣校正中，經(jīng)常使用6S模型、MODTRAN模型等大氣輻射傳輸模型進(jìn)行大氣校正，由于缺少衛(wèi)星過境時的氣溶膠光學(xué)厚度、水汽含量等相關(guān)參數(shù)，往往影響了大氣校正的精度。本論文針對內(nèi)陸二類水體，研究水體-氣水界面-大氣的輻射傳輸機(jī)理，基于水—?dú)廨椛鋫鬏斈Ｐ?，建立氣溶膠厚度、葉綠素、懸浮物、CDOM濃度多維要素查找表，并構(gòu)建基于查找表的氣溶膠

2、-水色參數(shù)一體化遙感估算算法，實現(xiàn)氣溶膠光學(xué)厚度、葉綠素a濃度、無機(jī)懸浮物濃度與CDOM440nm吸收系數(shù)的同時估算。論文提出的算法，不需要同步觀測大氣參數(shù)，提高了模型的適用性和水色參數(shù)估算的效率。研究的主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)氣—水多維要素查找表構(gòu)建。根據(jù)太湖、巢湖、滇池、洞庭湖、洪澤湖、三峽庫區(qū)等內(nèi)陸水體的實測數(shù)據(jù)，確定水—?dú)廨椛鋫鬏斈M的邊界值，分別構(gòu)建了大氣信息查找表與水色參數(shù)濃度查找表。在大氣查找表中，利用6S輻

3、射傳輸模型，針對哨兵-2A衛(wèi)星傳感器，構(gòu)建了基于觀測幾何、550nm處氣溶膠光學(xué)厚度模擬的大氣頂層遙感反射率查找表，其中，對于哨兵-2A傳感器的每一個波段，均有7×7×11×11×20為118580組數(shù)據(jù);在水色參數(shù)濃度查找表中，分別建立了水色參數(shù)濃度粗略查找表與水色參數(shù)濃度精確查找表，粗略查找表中，葉綠素a濃度范圍設(shè)置為0-150mg/m3，步長設(shè)置為5mg/m3;無機(jī)懸浮顆粒物濃度范圍設(shè)置為0-150mg/L，步長設(shè)置為5mg/L;

4、CDOM吸收系數(shù)范圍設(shè)置為0.1-1.3m-1，步長設(shè)置為0.2m-1，共31×31×7=6727條數(shù)據(jù)。精確查找表中，葉綠素a濃度范圍設(shè)置為20-100mg/m3，步長設(shè)置為0.1mg/m3;無機(jī)懸浮顆粒物濃度范圍設(shè)置為20-100mg/L，步長設(shè)置為0.1mg/L;CDOM吸收系數(shù)范圍設(shè)置為0.1-1.3m-1，步長設(shè)置為0.1m-1，共810×810×13=8529300條數(shù)據(jù)。
　　(2)氣溶膠—水色參數(shù)遙感一體化估算。首

5、先在影像內(nèi)尋找穩(wěn)定像元，利用大氣信息查找表獲取最接近的大氣程輻射及大氣透過率，然后聯(lián)合水色參數(shù)濃度查找表，利用兩步查找的思想，實現(xiàn)氣溶膠光學(xué)厚度、葉綠素、無機(jī)懸浮物以及CDOM440nm吸收系數(shù)的一體化估算。其中，兩步查找的第一步，基于所確定的特征光譜波段，通過光譜角匹配及光譜優(yōu)化的方法，先匹配水色參數(shù)濃度粗略查找表，大致確定水體組分濃度的范圍;第二步，根據(jù)第一步計算的水體組分濃度的范圍，再將光譜角匹配及光譜優(yōu)化的方法應(yīng)用到水色參數(shù)濃度

6、精確查找表，實現(xiàn)水色參數(shù)濃度的估算，提高計算的效率。
　　(3)算法精度檢驗。利用2016年7月23日獲取的哨兵-2A影像對估算的精度進(jìn)行評價。首先，利用所構(gòu)建的一體化估算算法計算太湖水體葉綠素a濃度，無機(jī)懸浮物濃度以及CDOM440nm吸收系數(shù)，其次，利用地面同步實測的10個樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算結(jié)果對比，結(jié)果表明:葉綠素a濃度決定系數(shù)為0.7147，平均相對誤差為27.95％，均方根誤差為9.92;無機(jī)懸浮物濃度決定系數(shù)為0.684