基于静止轨道水色卫星GOCI的渤海浑浊水体遥感信息提取方法研究

发布时间：2017-12-16 12:13

  本文关键词：基于静止轨道水色卫星GOCI的渤海浑浊水体遥感信息提取方法研究

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【摘要】：我国渤海及其黄河口海域为典型浑浊水体，光学性质复杂多变，其大气校正、水色反演等信息提取一直是研究的难点和热点。世界上第一颗静止轨道海洋水色卫星2010年成功发射，将水色观测周期由天提高至小时；使得近岸复杂水体的水色算法研究和水色现象的观测，得到了宝贵的数据支持。本论文基于静止轨道水色卫星，针对我国渤海及黄河口海域浑浊水体的大气校正困难和水色遥感反演算法的需求，主要完成了几个方面的工作： （1）针对黄河口海域悬浮物浓度高，水体浑浊，从而大气校正困难的问题，基于GOCI影像和实测数据，对借用清洁像元方法、紫外方法、近红外经验方法、KOSC浑浊水体大气校正方法在该海域进行了适用性评估。大气校正方法的前提假设适用性分析发现，KOSC大气校正方法所采用的近红外和红光波段的经验关系在黄河口海域的适用性差；紫外大气校正方法所采用的412nm波段暗像元假设对于本研究区是基本合理的；渤海海峡水体近红外波段光谱较为接近清洁像元特征，将其应用于本研究区的借用清洁像元大气校正方法；近红外经验方法所采用的近红外两个波段的水体反射率比值和气溶胶反射率比值的经验值（k=1.71，ε=1）适用于本研究区。从大气校正结果的时空分布态势来看，低浑浊水体情形下不同大气校正方法得到的各波段反演结果具有较好一致性；中高浑浊水体的情形下，近红外经验和紫外大气校正结果的空间分布态势相对较为合理且二者的一致性较好。基于实测-卫星时空同步数据（18.6~295.22mg/m3）定量分析表明，近红外经验大气校正方法结果总体表现最好，均方根误差在0.01~0.03之间，相对误差在6%~48%之间，其中555-680nm之间相对误差小于15%；紫外方法存在明显高估，借用清洁像元方法存在明显低估。 (2)由于黄河年输沙量巨大，，因此对于整个渤海颗粒有机碳浓度的贡献是非常重要的，针对颗粒有机碳浓度目前在黄河口海域没有反演算法的问题，建立了三种POC反演模型：分别是基于745nm、680nm和波段组合的模型，745nm单波段POC反演模型（模型1）平均相对误差为20.4%，均方根误差为18.4，最优，且优于传统的蓝绿波段模型。将模型应用于卫星数据的检验结果表明，该模型POC反演结果的时空分布合理，平均相对误差30%以下。在时空变化特征方面，季节变化趋势为冬季POC整体最高，渤海湾附近出现最高值；夏季POC整体最低；渤海海峡附近总体而言全年均为POC低值区域；1日POC反演逐时影像结果表明，POC的逐时变化尺度与季节变化可在一个量级上。基于静止轨道水色卫星制作POC月平均产品较显著提高了POC空间覆盖率、统计有效性和结果的可靠性。 (3)吸收系数是反演水体光学性质的重要参量，目前其浑浊水体反演算法具有明显的区域特征，针对渤海海域，利用实测数据建立了基于Rrs(660)/Rrs(490)的412nm、443nm、490nm和555nm波段的吸收系数反演经验模型，相关系数约为0.9，平均相对误差均低于20%；优于QAA及其修正算法。将该方法应用于GOCI影像，发现渤海吸收系数高值区主要分布在辽东湾、渤海湾、莱州湾，不同日期的日变化特征差异显著。 最后在总结已完成工作的基础上，论文对黄河口海域大气校正算法未来的研究提出了下一步的工作设想；针对GOCI高时间分辨率特征，提出了下一步的工作内容，包括时序影像的深入分析讨论，融合时序特征的水色反演算法的研究，以及平均产品制作的考虑等。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P715.6;P714

【参考文献】

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本文编号：1295973