基于GOCI影像的太湖总悬浮物浓度估算

发布时间：2020-03-21 22:38

【摘要】：总悬浮物(Total suspended matter,TSM)是水体中重要的光学敏感物质之一,很大程度上决定了水柱中光的吸收、散射和衰减,同时吸附营养盐、重金属和有毒有害物,对水体物质生物地球化学过程、沉积物埋藏动力和湖泊环境演化具有重要的意义。本研究基于星地同步实验和静止水色成像仪GOCI(Geostationary Ocean Color Imager)构建了太湖悬浮物浓度估算模型;基于模型估算了太湖水域2012年至2017年的悬浮物浓度日分布数据,得到了太湖全湖及各分区湖泊悬浮物浓度的日间变化、月际变化、季节变化及年际变化,从不同的尺度对太湖悬浮物浓度的时空演变规律进行分析,并对其时空演变的机制进行分析;选取典型风浪过程及典型降雨过程分析了太湖悬浮物浓度短期动态变化规律。研究结果表明:(1)对太湖水体悬浮物浓度较为敏感的波段为GOCI的第七波段(745nm)和第八波段(865 nm),悬浮物浓度与对应波段遥感反射率线性相关决定系数分别为0.72和0.55;基于GOCI第七波段的悬浮物浓度单波段遥感估算模型能较为准确地估算太湖的悬浮物浓度,模型相对均方根误差和平均绝对百分误差分别为28.3%和24.4%。(2)太湖水体悬浮物浓度存在明显的日内变化,2012年7月21日太湖悬浮物浓度西北部较高,并呈现出从早至晚递减的趋势。太湖悬浮物浓度的月际变化呈现一个明显的单峰分布格局,太湖3月份的全湖平均悬浮物浓度最高,为65.6 mg/L,9月份的全湖平均悬浮物浓度最低,为44.1 mg/L。在季节变化方面,太湖春季和冬季的悬浮物浓度明显比夏季和秋季高,在湖湾地区,梅梁湾和竺山湾的季节变化规律与整体湖区的变化规律相反,其他湖区的季节变化规律与整体湖区的变化规律一致。年际变化方面,太湖近六年的平均悬浮物浓度变化经历了从2012年到2013年递增,从2013年到2014年递减,然后从2014年到2017递增这样一个过程,太湖2013年的全湖平均悬浮物浓度最高,为64.44 mg/L,2014年的全湖平均悬浮物浓度最低,为56.25 mg/L;相对其他湾区,中心湖区的年平均悬浮物浓度最高,竺山湾最低。对太湖大量实地测量的Kd(PAR)数据及透明度数据分别与相应的悬浮物浓度数据进行相关分析,结果显示悬浮物浓度与Kd(PAR)及透明度有显著相关关系,其线性相关可决系数分别为0.79和0.73。(3)通过研究典型风浪过程前后太湖悬浮物浓度变化发现其短期动态变化显著,风速风向是悬浮物浓度短期动态变化的重要驱动因素,悬浮物浓度与风速成正比,并随着风向扩散;高频连续GOCI影像结果显示悬浮物浓度短期动态变化对风浪扰动的响应有一定的滞后性,滞后时间为数小时到1天,悬浮物沉降与沉积物再悬浮的临界风速约为3.4 m/s。(4)通过对2013年10月6至8日这一降雨过程进行研究,发现降雨量是苕溪入湖口羽流面积变化的重要因素;从降雨后的太湖悬浮物浓度分布来看,太湖悬浮物浓度的高值区域随着时间的变化以南部苕溪入湖口为中心逐渐递减。
【图文】：

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度成为可能。过去２５年（１９９２－２０１６），关于悬浮物的研宄呈现快速增逡逑长态势，在Ｗｅｂ邋ｏｆ邋Ｓｃｉｅｎｃｅ数据库中近年来每年新增１０００篇左右相逡逑关ＳＣＩ论文（图１．１）。逡逑传统的悬浮物浓度估算主要依赖野外实测、采样分析得到，这种逡逑方法工作量大，效率低，并且只能对特定时间段某一有限区域进行观逡逑测，通过这种方法获取的总悬浮物浓度值相对精确，而且由于懫样点逡逑的局限性，导致实验结果难以反映整个区域的水质情况，从而难以实逡逑现水体悬浮物浓度的同步动态监测和精细化的空间分布描述。近年来逡逑传感器在线监测技术快速发展，，通过浊度等探头参数的转换能够实现逡逑单一站点悬浮物浓度的动态变化过程实时在线监测［６］，但在线监测站逡逑点有限，仍无法弥补空间过程的同步动态监测，不能有效地揭示悬浮逡逑物浓度时空格局的精细化过程。遥感数据本身具有获取数据快

太湖,样点,成像,范围

本研宄根据太湖的地理位置与环境要素将太湖分为六个湖区，分逡逑别为东太湖、竺山湾、中心湖区、梅梁湾、贡湖湾、胥口湾［２５］（图逡逑２．１）。其中东太湖是典型的草型湖泊，胥口湾、贡湖湾则是草藻混合逡逑型湖泊，而梅梁湾、竺山湾、中心湖区则几乎没有生长水草，属于典逡逑型的藻型湖泊［Ｍ。太湖作为重要的内陆水源地，其水质变化与人类活逡逑动关系密切［３８］。太湖在风浪作用下，沉积物极容易发生再悬浮，沉积逡逑物再悬浮不仅增加了水体中的悬浮物浓度，同时释放营养盐，加剧了逡逑太湖的富营养化＿，因此监测太湖水体中悬浮物浓度动态变化过程，逡逑揭示其驱动机制对太湖水环境监测和蓝藻水华控制、湖泊富营养化治逡逑理都具有重要意义。逡逑１２０ｃ０＇０＂＾逦１２０。１５，０＂东逦丨邋２０。３０，０＂尜逡逑
【学位授予单位】：湖南师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X524

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