文档介绍：浙江大学环境与资源学院
博士学位论文
河口水体悬浮物固有光学性质及浓度遥感反演模式研究
姓名:王繁
申请学位级别:博士
专业:农业资源利用
指导教师:徐建明;周斌
20080601
河口水体悬浮物固有光学性质及浓度遥感反演模式研究摘要再悬浮共同作用下,水体悬浮泥沙含量高且具有显著而复杂的时空变化特征。本文在杭州河口是联系大陆与海洋之间物质和能量交换的重要场所。我国每年有大量的地表径流经河口入海,所挟带的泥沙和各种营养元素、有机污染物等对河口附近水域的生态环境有显著影响。由于近岸河口水域的悬浮泥沙往往具有广泛的时空变异尺度,基于传统方式的监测方法在空间详细和时间频率方面已经无法满足逐渐提高的管理需求,随着遥感技术的发展与进步,遥感监测已经成为水体悬浮泥沙监测的重要方式。水体中悬浮泥沙的复杂光学特点导致悬浮泥沙遥感呈现出很强的时态性和区域性,在建立泥沙遥感反演模式时必须深入调查了解当地水体悬浮泥沙的光学性质及其相互关系,同时考虑海洋动力环境中的主要影响冈素,只有结合特定海域的悬浮泥沙光学性质和水体反射光谱特征建立反演模型,才能获得较高的悬浮泥沙遥感反演精度和模型推广能力。杭州湾海域由于长期受到长江口南下浑浊水的输沙影响,同时在强潮动力引起的泥沙湾北岸的乍浦和南岸的慈溪分别布设观测站点,实地连续观测获得时间序列的水体表观光学参数、固有光学参数以及组分浓度三者的数据集,结合目前水体生物光学理论的成熟模型,根据常用水色传感器的波段设置选择相关性较好的敏感波段,分别建立悬浮物浓度与固有光学性质遥感反演的经验模型和半分析模型,结合潮动力分析了水体悬浮物固有光学性质的短周期变异特征,从浓度和构成两个角度分析其时空变异的影响因素。通过本文研究,除了可以获取典型研究区水体悬浮物的固有光学性质特性外,还将了解其时空变异幅度和变化规律,从微观和宏观两个角度初步分析其影响因素,为发展出准确程度更高的、能够应用于卫星遥感的分析模型打下基础。本文的主要研究内容与结果包括:档毓馄撞饬坑胧笛槭椅詹饬垦芯俊J档毓馄撞饬坎捎肗Q蠊庋Р饬
面遥感反射率较高,在可见光与近红外光谱范围内出现两个反射峰,且第二反射峰对应波长随着含沙量的增大比现“红移现象”。另外,实地采集水样带回实骏室进行吸收光谱测量,遥感反射率之间的相关关系,选择相关系数较高的波段作为敏感波段建立统计回归模型,果表明:悬浮泥沙浓度在红外和近红外波段的响应度最高:对于单波段简单线性回归而言,合效采;加入粒径因素后拟合精度遴~步提高;长波段撅合精度麓于短波段,联波段拟合精度高于单波段拟合。另外,人工神经网络模型在高混浊海区取得了较好的预测精度,采直媛什ǘ巫魑@钬镁缡淙耄∥锱ǘ茸魑J咎逍∥镅擞泄庋灾室8蟹囱莅敕治瞿J窖芯俊@檬挡馑遄榉治帐建立分析数据集,分别分析隡特征波段水体悬浮物吸收系数与惫浮物浓度有光学性质遥感反演半分析算法,选择适合本地水体光学特点的特ǘ危⑨儆泄庋与浓度之闻相关性都较高,摆关系数在陨希谎≡馦波段V饕L睾巢ǘ危分别拟合固有光学参数与表观光学参数以及悬浮物浓度之间的经验方程式,最终实现悬浮刑逍∥锍坝泄庋灾识钥毡湟焯卣髁拙俊7治鲅芯壳逍】帕N镂障数与后向散射系数时序变化特征以及空间差异:从懋浮颗粒浓度与构成两个角度初步分析规范推荐的水面之上光谱测量法,分别测量标准板、水面和天空光的辐照度,计算水面之上遥戆反射率。光谱测量结果表明:研究区水体光谱其有典受燕含沙水体的光谱特征,水其中懋浮物的吸收光谱测釜采臻定爨滤膜技术。啜收羧啃醣砻鳎貉芯壳刑逯行∥的吸收值较高,吸收光谱在可见光范围内符合指数衰减模式。乍浦与慈溪两个站位获取的时间序列数据说明研究区水体悬浮物的浓度和光学性质均表现出明显的时空变异特征。捞逍∥锱ǘ纫8蟹囱菥槟J窖芯俊7檬挡夤馄资蒺⑴ǘ仁萁⒎治数据集,根据常用水色传感器隡的波段设置,分析悬浮物浓度与对应波段将悬浮物的粒径佟必遥感反射率煞影响因素加入刭醚妇模型中,眈较二者瓣毅合效果。结指数同归和幂函数回归的拟合效果好于简单线性回妇;采用波段纽含比值不能宠全提高拟用乇矸瓷溴鞑分械出,建立的卒牵经网络模型预测性能赢予统计回归模撵;翻用实测遥感反射率模撅与ǘ谓⒌纳窬缒P鸵踩〉昧私虾玫脑げ庑Ч和遥感反射率的相关性;在生物光学理论模型的基础上,参考浮游植物固参数、表观光学参数以及成分浓度之间的经验模型,基于卣鞑ǘ问迪趾贾萃逅体固有光学性质及其浓度的遥感反演。结果表明;研究区水体悬浮物特征波段的吸收系数物固有光学参数与浓度的遥感反演。水体吲有光学性质时空变异的影响机理。研究结果袭明,研究区水体悬浮物的固有光学性浙江大学博士学偬论文
关键词:杭州湾;悬浮泥沙浓度;固有光学性质;时空变异;遥感反演;半分析模式质表现出显著的时空变异特点,乍浦与慈溪两个采样站位的悬浮物固有光学