基于靜止軌道水色衛(wèi)星GOCI的渤海渾濁水體遙感信息提取方法研究.pdf

1、我國渤海及其黃河口海域為典型渾濁水體,光學(xué)性質(zhì)復(fù)雜多變,其大氣校正、水色反演等信息提取一直是研究的難點和熱點。世界上第一顆靜止軌道海洋水色衛(wèi)星2010年成功發(fā)射,將水色觀測周期由天提高至小時;使得近岸復(fù)雜水體的水色算法研究和水色現(xiàn)象的觀測,得到了寶貴的數(shù)據(jù)支持。本論文基于靜止軌道水色衛(wèi)星,針對我國渤海及黃河口海域渾濁水體的大氣校正困難和水色遙感反演算法的需求,主要完成了幾個方面的工作:
　　(1)針對黃河口海域懸浮物濃度高,水體渾

2、濁,從而大氣校正困難的問題,基于GOCI影像和實測數(shù)據(jù),對借用清潔像元方法、紫外方法、近紅外經(jīng)驗方法、KOSC渾濁水體大氣校正方法在該海域進(jìn)行了適用性評估。大氣校正方法的前提假設(shè)適用性分析發(fā)現(xiàn),KOSC大氣校正方法所采用的近紅外和紅光波段的經(jīng)驗關(guān)系在黃河口海域的適用性差;紫外大氣校正方法所采用的412nm波段暗像元假設(shè)對于本研究區(qū)是基本合理的;渤海海峽水體近紅外波段光譜較為接近清潔像元特征,將其應(yīng)用于本研究區(qū)的借用清潔像元大氣校正方法;

3、近紅外經(jīng)驗方法所采用的近紅外兩個波段的水體反射率比值和氣溶膠反射率比值的經(jīng)驗值(k=1.71,ε=1)適用于本研究區(qū)。從大氣校正結(jié)果的時空分布態(tài)勢來看,低渾濁水體情形下不同大氣校正方法得到的各波段反演結(jié)果具有較好一致性;中高渾濁水體的情形下,近紅外經(jīng)驗和紫外大氣校正結(jié)果的空間分布態(tài)勢相對較為合理且二者的一致性較好?；趯崪y-衛(wèi)星時空同步數(shù)據(jù)(18.6~295.22mg/m3)定量分析表明,近紅外經(jīng)驗大氣校正方法結(jié)果總體表現(xiàn)最好,均方根誤

4、差在0.01~0.03之間,相對誤差在6％~48%之間,其中555-680nm之間相對誤差小于15%;紫外方法存在明顯高估,借用清潔像元方法存在明顯低估。
　　(2)由于黃河年輸沙量巨大,因此對于整個渤海顆粒有機(jī)碳濃度的貢獻(xiàn)是非常重要的,針對顆粒有機(jī)碳濃度目前在黃河口海域沒有反演算法的問題,建立了三種POC反演模型:分別是基于745nm、680nm和波段組合的模型,745nm單波段POC反演模型(模型1)平均相對誤差為20.4%,

5、均方根誤差為18.4,最優(yōu),且優(yōu)于傳統(tǒng)的藍(lán)綠波段模型。將模型應(yīng)用于衛(wèi)星數(shù)據(jù)的檢驗結(jié)果表明,該模型POC反演結(jié)果的時空分布合理,平均相對誤差30%以下。在時空變化特征方面,季節(jié)變化趨勢為冬季POC整體最高,渤海灣附近出現(xiàn)最高值;夏季POC整體最低;渤海海峽附近總體而言全年均為POC低值區(qū)域;1日POC反演逐時影像結(jié)果表明,POC的逐時變化尺度與季節(jié)變化可在一個量級上?；陟o止軌道水色衛(wèi)星制作POC月平均產(chǎn)品較顯著提高了POC空間覆蓋率、統(tǒng)

6、計有效性和結(jié)果的可靠性。
　　(3)吸收系數(shù)是反演水體光學(xué)性質(zhì)的重要參量,目前其渾濁水體反演算法具有明顯的區(qū)域特征,針對渤海海域,利用實測數(shù)據(jù)建立了基于Rrs(660)/Rrs(490)的412nm、443nm、490nm和555nm波段的吸收系數(shù)反演經(jīng)驗?zāi)Ｐ?相關(guān)系數(shù)約為0.9,平均相對誤差均低于20%;優(yōu)于QAA及其修正算法。將該方法應(yīng)用于GOCI影像,發(fā)現(xiàn)渤海吸收系數(shù)高值區(qū)主要分布在遼東灣、渤海灣、萊州灣,不同日期的日變化特