长江口表层盐度遥感反演方法比较及应用研究

发布时间：2020-08-10 16:26

【摘要】：长江河口地处海陆交汇地区,水体盐度受到长江流域、东海和三角洲社会经济活动复合影响,盐度直观反映了河口区域冲淡水分布,对于研究淡水羽状锋、长江物质输送、河口环境变化以及特大城市淡水资源安全问题等有着重要意义。卫星遥感作为新的动态监测技术,可及时地提供海表面大范围水环境状况,能够结合长时间序列卫星数据分析盐度的时空变化状况。本文基于Landsat 8 OLI、Sentinel-3 OLCI、高分一号WFV以及MODIS卫星数据与长江口外表层实测盐度结合,分别建立了长江口外表层水体盐度反演模型。通过比较分析选择最适合的卫星平台与光谱波段,将反演模型应用于长时间序列盐度遥感监测,分析了2000年以来长江口外表层水体盐度的时空分异及其影响因素,得出以下结论:(1)长江口CDOM的光谱曲线在不同盐度下存在分异,盐度与CDOM吸收系数之间有着良好的负相关性,其相关系数在洪季与枯季存在差异,应当分别对洪季和枯季的表层水体盐度进行反演。结合CDOM反演常用波段选择350-680nm作为长江口表层水体盐度遥感反演模型的备选波段范围。(2)构建了基于Landsat 8 OLI、Sentinel-3 OLCI、高分一号WFV以及MODIS的长江口外表层水体盐度反演模型:Landsat 8 OLI洪季反演模型利用443、561nm波段,RMSE为1.83 psu。Sentinel-3 OLCI反演模型枯季利用442.5、510 nm波段,RMSE为1.93 psu;洪季利用442.5、560 nm波段,RMSE为1.02 psu。高分一号WFV2洪季反演模型利用557、676 nm波段,RMSE为2.14 psu;高分一号WFV4洪季反演模型利用550、696 nm波段,RMSE为1.62 psu。MODIS枯季反演模型利用469、555 nm波段,RMSE为0.63 psu;洪季模型利用443、555nm波段,RMSE为0.69 psu。(3)比较分析了4种卫星数据反演模型的拟合波段、反演精度以及卫星数据的空间分辨率、重访周期、历史数据量等,MODIS拥有较高的光谱分辨率、适中的空间分辨率以及充足的历史数据,反演模型精度较高,适用于长江口表层盐度反演,能够进行长时间序列分析。分析2000-2016年每个月平均MODIS反演盐度与长江径流量的相关性,验证了反演模型在时间尺度上的适用性。(4)分析2000-2016年长江口表层盐度空间分布变化,总体上呈现梯度分布趋势,受径流量变化影响显著,枯季高盐度海水水舌能够越过123°E以东和31°N以北,到达长江口南北支分叉附近,在长江口北部出现高低盐度海水分界线。洪季冲淡水能够影响的范围更广,高盐度海水在123°E以东,31°N以南的地区聚集,长江口北部出现盐度较低区域。(5)长江口表层盐度分布的季节性变化与长江口及其邻近海域水平环流的季节性变化表现为较高的一致性。冬季水平流场中,向北运动的台湾暖流与东南方向运动的冲淡水及沿岸流汇合后向西北方向偏转,遥感反演分析发现,长江口3月的平均盐度场中,存在与西北方向水流一致并且逆时针旋转分布的高盐度水舌,而31°N和30°N附近两个圆弧状小型淡水区对应着台湾暖流经由舟山群岛后产生的气旋窝。夏季,在长江强烈径流作用下,长江冲淡水向东北方向偏转,台湾暖流在强烈冲淡水作用下也向东北方向运动。表层水体盐度遥感分析发现8月长江口的高低盐度空间走向具有和水流一致的方向性,并在31°N以南123°E以东的区域形成一个东北方向分界。(6)2000-2016年长江口表层平均盐度在3月与8月均与径流量表现为相反的变化趋势,相关系数分别为-0.61和-0.80,具有较好的负相关关系。反演结果表明:3月的平均盐度呈现小幅下降,8月的平均盐度波动较大,总体呈现上升趋势。(7)分析长江口风场、水平流场和气候异常对长江口表层盐度空间分异的影响,夏季强烈的西南风使得淡水峰面向东北方向推进,长江口北部近海区域盐度较低;盛行的东南风使得淡水峰面向西北方向偏转,长江口外123°E附近盐度升高;水平流场特别是冲淡水、东海沿岸流和台湾暖流共同作用对长江口表层盐度分布产生重要影响;厄尔尼诺现象能够削弱长江口外环流,对盐度分布产生一定的影响,但长江径流量对盐度分布的影响更为强烈。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P715.7;P731.12
【图文】：

技术路线图

长江口,位置图,站点,月径流

华东师范大学硕士学位论文第二章研究区域与数据介绍区域研究区域覆盖了长江口、杭州湾以及邻近的口外海域，地124.350°E，29.808°N-32.051°N（图 2-1）。根据长江下游大观测资料（图 2-2），长江口其年平均径流量为 2.77×104洪季，占全年的 67.41%，其中 7 月径流量最大；11 至次年的 32.62%，其中 2 月径流量最小。

大通站,径流量

5 图 2-2 1996-2016 年长江大通站径流量6Fig.2-2 Datong gauging station runoff in 1996-2016长江口表层盐度实测数据来自长江口共享航次（图 2-1），共有 2013-2018 连续 6 年冬季（2-3 月）与夏季（7-8 月）的实测数据，盐度现场观测仪器采用美国Sea-Bird 公司的温盐深仪 CTD（ConductanceTemperatureDepth），测量方式为船舶定点测量。其测量深度从 1m 至 60m 不等，统一取其水深 1-3m 的盐度数据，用来代表表层盐度[47]。2.2 MODIS 数据中分辨率成像光谱仪 MODIS（Moderate-resolutionImagingSpectroradiometer）是美国地球观测系统 EOS（Earth Observation System）卫星中最主要的仪器，是Terra （最初称为 EOS AM-1）和 Aqua 上的关键仪器（最初称为 EOS PM-1）卫

【相似文献】