渤海湾近岸海域悬浮泥沙浓度遥感反演模型建立及适用性分析

发布时间：2019-04-29 16:00

【摘要】：近岸海域大陆架宽阔,生物生产力高,自然资源丰富,受人类活动及陆源物质的影响较大,是认识和了解悬浮泥沙等对海洋水质和环境影响的典型区域。渤海湾作为我国自然资源和社会经济等十分重要的海湾,对其近岸海域悬浮泥沙进行监测,在了解其水体环境、合理开发利用自然资源、减少海洋生态环境问题及合理开发建设近岸海域等方面具有十分重要的研究意义和应用价值。海洋水色遥感是监测近岸海域生态环境的重要技术手段,可以对海洋实现实时、连续、大范围监测,是对渤海湾近岸海域进行悬浮泥沙监测的有效手段。本文以遥感技术应用于悬浮泥沙浓度研究为目的,在分析水体光谱特征的基础上,建立了渤海湾近岸海域卫星等效反射率与悬浮泥沙浓度之间的统计回归模型、主成分分析模型和半分析模型,分析了研究区悬浮泥沙浓度分布特征以及各类模型的反演精度、区域适用性、时间适用性和浓度适用性,为研究区悬浮泥沙浓度反演模型的选择提供参考依据。本文主要研究成果如下:(1)根据2008年~2011年实测光谱数据详细分析了研究区水体的光谱特性。研究区水体与二类的水体光谱特性吻合;光谱曲线呈现双峰特征,第一反射峰在550~600nm之间,第二反射峰在780~830nm之间;随着水体悬浮泥沙浓度的增加,第二反射峰的增加速度高于第一反射峰,且反射峰发生“红移现象”。(2)在分析光谱数据与悬浮泥沙浓度数据之间的关系的基础上,分别建立了统计回归模型、主成分分析模型和半分析模型对研究区悬浮泥沙浓度进行反演。其中,选取TM4/TM1的比值波段作为敏感因子建立的二次多项式作为统计回归反演模型;主成分分析模型为选取2个主成分建立的指数关系式反演模型;根据多波段准分析算法,利用遥感反射率计算水体有关固有光学量,分析讨论了漫反射光学参数f(μ0)和水面光场分布参数Q的取值,以固有光学量为中间量,建立了以TM4为敏感波段的二次多项式作为半分析模型。(3)通过分析研究区悬浮泥沙浓度分布特征图可知,泥沙浓度较高的区域集中在南部及西南部近岸海域,且研究区南部海域的泥沙浓度高于北部海域,近岸海域悬浮泥沙浓度高于深海海域。(4)利用Matlab软件计算实测泥沙浓度与模型反演泥沙浓度之间的线性相关系数、一致性指数、平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差等参数对统计回归模型、主成分分析模型和半分析模型的反演精度进行评定,结果表明:三类模型的线性相关系数和一致性指数均达到0.9,平均绝对误差均低于6mg/L,平均相对误差均低于30%,均方根误差差异明显;半分析模型的精度略高于其它两类模型,线性相关系数、一致性指数、平均绝对误差、平均相对误差和均方根误差分别为0.983、0.988、4.282mg/L、27.85%和5.967mg/L。(5)从区域适用性、时间适用性和浓度适用性三方面分析可知,统计回归模型较适用于天津港和黄骅港近岸海域,时间为8月和9月,泥沙浓度低于50 mg/L时悬浮泥沙浓度遥感反演;主成分分析模型较适用于曹妃甸近岸海域,时间为6月和8月,泥沙浓度高于50mg/L时悬浮泥沙浓度遥感反演;半分析模型较适用于曹妃甸近岸海域,时间为6月和8月及全部悬浮泥沙浓度范围的泥沙浓度遥感反演。
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【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P715.7

【参考文献】