基于辐射传输模型的遥感反射率计算及叶绿素反演算法分析

发布时间：2018-03-05 18:23

本文选题：辐射传输模型　切入点：遥感反射率　出处：《华东师范大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：本文利用水介质光辐射传输数值模型Hydrolight,结合长江口邻近海域生物-光学模型,计算了不同光学水体的遥感反射率(Remote Sensing Reflectance, Rrs),同时对比了主流模拟Rrs分析模型,并与实例Rrs对比验证,可实现较高拟合精度,此基础上分析了四种叶绿素a浓度反演算法在高浊度水体中的适宜性及敏感性,可为后续反演精度进一步提高提供参考。研究长江口邻近海域水体主要成分物质悬浮颗粒物(Suspended Particulate Matter, SPM)、叶绿素a (Chlorophyll-a, Chla)以及有色溶解有机物(CDOM)的吸收系数和散射系数的参数化模型,利用实测数据构建了三种Chla的吸收系数参数化模型。分析发现参考波长为440nm的多项式模型可以实现长江口及其邻近海域Chla吸收系数的较好拟合,而参考波长在675nm的多项式模型与实测数据相比出现了低估,幂函数模型易在400-550nm处出现高估,故选参考波长在440nnm的多项式模型作为Chla的吸收系数参数化模型。分析对比三种计算SPM后向散射系数的参数化模型,结果显示刘猛(2013)提出的计算模型与现场实测拟合精度较好,优于况润元(2010)以及Doxaran(2007)提出的参数化模型,适合用于长江口邻近海域水体的SPM后向散射系数的计算。利用前文分析比较得出的长江口固有光学特性参数化模型作为模拟输入,模拟各水体不同物质浓度条件下的Rrs,与现场实测同步数据对比,均方根误差小于0.01sr-1。比较不同学者对于Rrs的分析模型,Kubelka and Munk (K-M) (Shen等,2010a; Sokoletsky等,2013)、AGM (Albert and Gege,2006)以及Hydrolight数值模型在SPM浓度为7.4g/m3,Chla浓度为1.3mg/m3, CDOM在440nnm处的吸收系数为0.25m-1时可以实现Rrs较好的模拟,而LM (Lee等,2002)以及GM (Gordon等,1988)模型则出现了较明显的低估。分析Rrs对水体主要成分物质浓度变化的敏感性,发现SPM的浓度变化对Rrs的影响主要体现在550-900nm波段,在560nm处会引起Rrs明显的增强。Rrs对Chla浓度变化的敏感波段主要为400-600nm波段以及叶绿素荧光峰位置,并受到SPM浓度的影响。CDOM对Rrs的影响是在400-700nnm波段上对Rrs的吸收作用。分析除水外总吸收系数at-w以及除水外总后向散射系数bnt-w对Rrs的影响,at-w对Rrs的影响主要在400-500nm波段,500-600nm波段上对Rrs的影响明显减弱,在700nm波长以远几乎不对Rrs有影响；Rrs在400-750nm整个波段上都受bbt-w的影响,并且该影响力维持同一水平。利用Rrs实测数据对四种主流Chla浓度反演算法,即二波段、三波段、荧光高度(FLH)算法以及综合叶绿素指数(SCI)算法进行Chla反演,对比Chla同步实测数据,发现二波段、三波段以及SCI算法有相近的均方根误差,FLH算法则有较大误差。通过采用Rrs模拟数据集分析了SPM浓度变化对于这四种Chla浓度反演算法的影响,发现二波段、三波段算法适合低SPM浓度水体的Chla浓度反演；FLH算法在SPM浓度大于5g/m3以后,算法出现失效；SCI算法在中、高浓度的SPM水体中可消除SPM的影响,反演Chla的潜力较好。分析总吸收系数和总后向散射系数对四种算法的影响,发现二波段以及三波段算法对总吸收系数和总后向散射系数变化的敏感性较弱,FLH算法和SCI算法受到总吸收和总散射系数变化的影响明显,其中FLH算法对总吸收和总散射的敏感性高于SCI算法。
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【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X87;X145

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