基于高分1号杭州湾河口悬浮泥沙浓度遥感反演模型构建及应用

杭州湾高悬浮泥沙的实时快速遥感监测是河口沿岸水质保护的关键。本文利用杭州湾实测的高光谱及悬浮泥沙浓度数据,模拟高分1号卫星数据并分析不同波段组合的遥感反射率与悬浮物浓度之间的相关关系,开展杭州湾河口水体悬浮泥沙遥感反演模式的比较验证,得出适用于高分1号卫星的悬浮泥沙浓度的遥感反演模型,并利用该模型进行杭州湾河口跨海大桥水域悬浮泥沙浓度反演,研究发现跨海大桥对潮水稀释悬浮泥沙有一定影响,大桥两侧悬浮泥沙有明显差异。     

应用水色卫星遥感技术估算珠江口海域溶解有机碳浓度

溶解有机碳是水域环境评价的必测环境参数之一。根据水体光学理论，利用在珠江口水域实测的水体成分浓度数据集拟水体光谱，并建立溶解有机碳浓度的遥感反演模式。进而应用新一代海洋水色卫星传感器SeaWiFS资料估算珠江口及其邻近水域溶解有机碳浓度。     

鸭绿江口溶解态磷的行为

本文研究了鸭绿江口溶解态磷的含量，存在形式与氯度，总悬浮物质量（ＴＳＭ）等因素的关系，并同其它一些河口磷的行为进行比较，对混合区域溶解知性磷（ＳＲＰ）的增补现象和生物地球化学行为进行讨论。结果表明：鸭绿江河口溶解态总磷主要以活性磷的形式输入黄海，是一低海区。在氯度１．５的海区，磷近似认为是一保守元素。ＴＳＭ和ＳＲＰ存在一定的协同效应，河口区域微生物和浮游生物的活动，可能控制着ＳＲＰ和溶解有机磷（Ｓ     

基于OLCI数据的福建近海悬浮物浓度遥感反演

悬浮物（TSM）是评估水质的重要指标,也是水色遥感反演的核心参数之一.海陆色度仪（OLCI）是新一代海洋水色传感器,具有良好的光谱及时空分辨率.为有效监测福建近海悬浮物浓度的时空变化,本文结合OLCI遥感数据和现场实测悬浮物浓度数据,使用CatBoost、随机森林和多元回归方法,分别构建悬浮物浓度反演模型,最后使用验证集对比分析不同模型的反演精度.结果表明,CatBoost模型估算精度最高,均方根误差（RMSE）为2.76 mg·L^-1,平均绝对百分比误差（MAPE）为23.67%,决定系数R²为0.89.使用CatBoost模型对2017—2018年多时相OLCI影像进行TSM浓度遥感反演,结果发现,福建近海TSM浓度变化显著,但总体呈现近岸高于远岸、北部高于南部、江河入海口和港湾处高于周围其他海域、春季高于夏季的时空分布特征.本研究可为福建近海的悬浮物浓度监测提供一种有效的方法,也进一步证明了OLCI影像良好的水色反演能力,可作为水质监测的有效遥感数据源.     

海洋水色遥感大气校正算法研究进展

本文针对Ⅱ类水体的光谱特性和海洋现象的特点,综述了Ⅰ类水体及近岸Ⅱ类水体的主要大气校正算法,并介绍了各种算法的适应范围和优缺点.通过对水色卫星传感器的技术发展现状的介绍,详细整理了目前主要卫星的大气校正算法,概述了Ⅱ类水体水色反演算法的研究现状和发展方向.并根据我国近海的水体特点提出了水色遥感研究需要解决的关键问题.     

基于遥感数据反演技术的东海海洋环境谱编制

通过卫星遥感数据的大规模反演技术,获取了研究区域海洋环境要素的时空分布。研制了多通道温湿度综合测量仪,通过实测结果与反演结果的对比,验证了该方法的可信性和可行性。以我国东海海域5a的卫星遥感数据为基础,通过反演计算出该海域的温度、湿度和盐雾分布,编制出适用的海洋环境谱。     

基于高分影像的城市水体遥感综合分级方法

城市水体是城市生态系统中的重要组成部分,为此,针对城市水体提出了一种基于国产高分影像的水环境遥感综合评价方法.在2017~2019年间的南京、无锡、常州和扬州市等城市多次水体采样工作的基础上,分析了城市水体光谱特征与水质参数的相应关系.基于国际标准的色度转换模型和FUI（forel-ule index）水色指数,构建了基于高分二号（GF-2）影像的适用于城市水体的U-FUI（urban forel-ule index）水色指数,实现了城市水体的遥感分级,独立的验证数据表明分级模型的识别正确率可达72%.结果表明,根据U-FUI水色指数可以将城市水体有效地分为U-FUI Ⅰ~U-FUI Ⅵ共6级水体,依次分别代表水色呈蓝色、浅绿色、深绿色、黄色、黄棕色以及灰黑色的水体.其中,U-FUI的Ⅰ级水体水质较好而在城市水体中少有分布,U-FUI的Ⅱ和Ⅲ级水体具有较高的叶绿素a浓度,U-FUI的Ⅳ和Ⅴ级水体的总悬浮物浓度和无机悬浮物浓度相对较高,U-FUI的Ⅵ级水体水质较差且水质参数与各级水体均有较大差异.同时,将该方法成功地应用于2018年4月9日南京市GF-2影像,结果显示南京市水体以U-FUI Ⅱ~U-FUI Ⅳ级水体为主,U-FUI的Ⅰ级、Ⅴ级和Ⅵ级水体在城市中的分布相对较少,空间分布特征与同期原位采样结果一致.     

黄渤海气溶胶光学厚度的多源卫星遥感产品精度分析和时空分布特征研究

以黄渤海上空大气为目标研究区,基于AERONET观测网,获取该区域2015—2017年的气溶胶光学厚度（AOD）实测数据,并对可见红外成像辐射计VⅡRS,中分辨率成像光谱仪MODIS,静止水色卫星成像仪GOCI与新一代地球同步气象卫星AHI H8的AOD遥感产品展开精度验证.同时,利用长时间的遥感影像探究并分析AOD在不同时空尺度下的分布特征与变化情况.结果表明：同其它AOD遥感产品相比,GOCI AOD展示出了高采样频率及高精度的特性.此外,在研究区域AOD的逐小时遥感影像中未发现明显的变化规律,而月平均图则显示出从黄渤海西部至中部再到东部AOD逐渐递减的趋势,且该趋势在研究区域不同的地方是具有差异的.不仅如此,本文还尝试分析影响AOD反演精度的潜在因子,发现其可能与地表反射率提取的准确度与预设气溶胶模型设置的合理性有关.     

利用卫星数据估算波罗的海的透明度和透光层深度

波罗的海水体透明度的长期变化趋势已按富营养化的观点加以解释[1,2].可以通过遥感数据估算得到光谱衰减系数Kd(490)[3].由于漫衰减系数与透明度之间存在着经验和理论关系,因此,利用遥感数据估算海水营养状态是可能的.本文研究了遥感和水下实测Kd(490)与分别于1999年在东波罗的海本体海区[4]和2001年、2002年在西波罗的海本体海区/希默海区(Himmerfjarden)专门海上观测中获得的透明度之间的关系.利用水下测量值通过回归分析方法建立波罗的海PAR与光谱衰减系数间的关系.分析表明,在调查海区,Kd(490)约为Kd(PAR)的1.48倍.该关系用于定义透光层深度与遥感光学深度Kd(490)-1间的关系.结果表明,透光层深度约是Kd(490)-1的6.8倍.Kd(PAR)与透明度的回归分析结果证实了已有的研究结果,即Kd(PAR)为透明度倒数的1.7倍.再者,透明度与Kd(490)之间的水体成分反演算法用于模拟制作由SeaWiFS Kd(490)获得的波罗的海透明度分布图.该分布图通过海上实测数据加以验证,对卫星遥感获得的Kd(490)与实测Kd(490)做了对比,并讨论了产生误差的原因.     

辽东湾MODIS生物光学算法研究(Ⅰ)算法适用性评估

辽东湾是典型的复杂二类水体,我们利用2002～2004年在辽东湾现场实测的叶绿素a数据(分光法、荧光法和HPLC法),以及水面之上法现场实测的离水辐射率和遥感反射率数据模拟的MODIS各相应波段值对MODIS海洋水色算法进行了评估.评估的MODIS生物光学算法有四个,即CZCS_pigm、chlor_MODIS、chlor_a_2和chlor_a_3算法.结果表明,两个一类水体生物光学算法(CZCS_pigm和chlor_MODIS)反演值与分光法和荧光法测试分析结果相比,算法均低估了叶绿素a浓度,与HPLC分析结果相比算法高估了叶绿素a浓度;两个二类水体算法(chlor_a_2和chlor_a_3)与所有叶绿素a分析方法相比,均高估了叶绿素a浓度.根据MODIS生物光学算法在辽东湾的具体表现,我们认为HPLC法分析的叶绿素a浓度更适合于作为海洋水色算法评估的现场检验依据.叶绿素a浓度的反演值和实测值之间较低的相关系数则显示MODIS两个一类水体算法所采用的波段比值不适合本海区.     

二类水体短波红外波段大气校正方法的改进

海洋水色遥感技术在海洋生态环境研究中越来越受到重视.大气校正是海洋水色遥感中的一个关键问题,短波红外波段(SWIR)方法是目前在二类水体大气校正中应用较多的一种方法.现有的SWIR方法假设在对数坐标下,大气校正因子在外推波段与基准波段间按线性关系变化.当波段跨度不大时,这一线性近似与辐射传输模型模拟结果相符,而当波段跨度较大时,则存在一定差异.针对这一问题,本文采用分段外推的方法,修正了大气校正因子,对SWIR方法进行了改进.同时,选取2010年10月4日和2012年4月4日两景渤海海域的MODIS遥感图像,先引入浑浊度来分析渤海海域水体清洁程度,进而在区分出的二类水体区域分析改进方法的效果.结果表明,改进后方法的结果比原方法整体偏小,在渤海区域的差异在1%~15%之间.在卫星遥感数据的反演中有必要关注这一问题.     

咸海流域地表水变化长期监测及驱动因素分析

咸海流域是绿色丝绸之路经济带的重要枢纽.但是地表水的逐年减少,对咸海流域的生态环境产生了恶劣的影响,严重阻碍了绿色丝绸之路经济带的建设.本文基于Google Earth Engine(GEE)平台上的1992?—?2018年Landsat影像,采用水体频率的方法提取咸海流域地表水信息,对咸海流域地表水的时空变化进行了研究,并绘制分布图.同时采用LandTrendr算法生成了地表水面积变化图.通过线性回归模型分析咸海流域地表水面积变化与气候变化、人为因素之间的内在联系.结果表明:咸海流域的地表水面积呈现递减趋势,其中以咸海为主的全年水体面积减少最为明显.2010年之后,整个流域地表水的减少趋于稳定.影响咸海流域地表水变化的主要驱动因素为气候因素中的温度.本研究可为后续确定咸海流域地表水减少的成因、影响,以及水资源保护研究提供有力的技术支持.同时也为绿色丝绸之路经济带的建设提供科学支持.     

南方某县居民尿镉浓度和相关影响因素研究

本文采用整群随机抽样的方法,抽取污染区、对照区10个村的1274个居民开展内暴露及问卷调查,通过采集这些居民的晨尿和10个村的土壤、大气颗粒物、饮用水、大米样品,对采集的所有样品进行了镉含量的测定.同时,将这些检测调查资料通过MLwiN 2.02软件进行多水平模型拟合,以评估南方某县污染区和对照区居民尿镉含量在不同水平之间的差异性,并找出影响这种差异的社会人口和环境方面的因素.结果表明,居民的尿镉含量在村和个体不同水平上均存在显著差异,其中,QL-3、FJ-4污染区人体尿镉含量明显高于其它研究区,远远超过其临界值.多水平模型的结果显示,土壤镉含量、大米镉含量、居民性别、居民的外出工作时长和居住地离污染企业的距离对居民尿镉水平有影响,而居民的年龄、涉镉工作时长、吸烟时长和在当地生活时长这4个因素对居民尿镉水平的影响差异没有统计学意义.与一般线性模型相比,多水平模型拟合的效果更佳.研究表明,多水平模型能够较合理地揭示居民尿镉水平的地区差异及社会人口和环境因素的影响.     

陆源营养盐输入对青岛近岸海域DMS生物生产的影响

近海海域是全球DMS的重要排放源,同时近海海域,尤其是城市近岸海域是生态环境受人为干扰最为严重的区域.为了解人为活动对DMS生物生产的干扰,以青岛近岸海域为研究区域,在2001～2002年进行了不同季节的采样.发现该区域DMS存在季节变化,在生物量高的夏季,水体的DMS浓度也最高;高营养盐区域DMS/Chl a(单位叶绿素的DMS产量)低;低透明度区域DMS/Chl a也较低,且在长日照的夏季,透明度与DMS/Chl a有显著相关关系.     

东海区北部小黄鱼生殖群体分布及与水团关系

根据2003～2005年每年4月东海区北部小黄鱼CPUE、海水温度和盐度数据,分析了春季小黄鱼分布与水团间关系。结果表明,2003～2005年每年4月小黄鱼的平均CPUE分别为4.72、3.47和1.96 kg/h;小黄鱼的主要分布区可分为4个海域:A,黄海南部近海;B,黄、东海交界海域;C,长江口外海域;D,东海中北部海域;小黄鱼最适生存的底层温度为10～14℃,底层盐度为32～34.3;研究海域内底层水团包括:东海北部底层冷水团、黄海水团、黄-东海混合水团以及东海混合水团;分布区C内的小黄鱼主要位于东海混合水团和黄-东海混合水团的交汇处,其它3个分布区内的小黄鱼都是在东海北部底层冷水团与其它水团的交汇处。     

东黄渤海11-12月有色溶解有机质的分布特征

采集了2016年11－12月期间东、黄、渤海表、中、底海水样品,分析了海水中溶解有机质的紫外-可见光吸收光谱特征,探讨了渤海和黄东海海域秋冬季有色溶解有机物（CDOM）的分布特征、来源和影响因素。结果表明:在渤海和黄东海,表、中、底层CDOM均呈现近岸高、远海低的分布特征,渤海CDOM含量高于黄东海。吸收系数a₃₅₅和光谱斜率S_275-295呈显著负相关。结合CDOM的a₃₅₅分布和S_275-295,表明CDOM受到陆源输入的显著影响。渤海海区黄河口海域由于黄河水的直接输入和在大风影响下黄河口的泥沙再悬浮作用,CDOM含量最高。12月渤海中心存在CDOM和DOC的低值区,位置和夏季渤海双中心冷水团一致。在黄东海海域,高盐度台湾暖流的导致了黄东海DOC低浓度区域的产生,但对CDOM的含量分布没有明显影响。在渤海和黄东海,CDOM和DOC无显著相关性。     

黄渤海海域秋季营养盐及有色溶解有机物分布特征

本文利用2013年11月黄渤海海域航次采集的海水样品,对该海域有色溶解有机物(CDOM)、营养盐等的组成、来源、分布特征和主要环境影响因子进行了分析研究.通过三维荧光光谱-平行因子分析法(EEMs-PARAFAC)对CDOM进行分析,共鉴别出2类4种荧光组分:类腐殖质组分C1(325/410 nm)、C2(275,370/435 nm)、C3(270,395/495 nm)和类蛋白质组分C4(290/340 nm).3种类腐殖质组分在黄渤海海域各层的平面分布均为由近岸向远岸逐渐递减.黄海表层和渤海中层类蛋白质组分荧光强度在近岸和远岸海域均出现极大值,而其在渤海表底层及黄海中底层的分布呈现由近岸到远岸逐渐降低的趋势.各层CDOM高值区主要分布在近岸海域.渤海表层溶解无机氮(DIN)和溶解有机氮(DON)浓度高于底层浓度,底层溶解无机磷(DIP)浓度高于表层浓度.渤海DIN呈现由近岸到远岸逐渐降低的趋势,DIP由曹妃甸近岸海域及中部海域的高值区向北部、东部和南部海域逐渐降低的趋势,DON则呈现由渤海中部偏南海域的高值区向四周逐渐递减的趋势.黄海底层DIN和DIP浓度高于表层,而表层DON浓度最高.黄海表中层DIN和DIP呈现由近岸到远岸逐渐降低的趋势,底层DIN和DIP则呈现由近岸到远岸逐渐增加的趋势,DON呈现由近岸到远岸逐渐降低的趋势.渤海DIN、DON和DIP的总体浓度均高于黄海.将4种荧光组分(C1~C4)、吸收系数(a_(355))、溶解有机碳(DOC)与叶绿素a(Chl-a)、盐度(S)、溶解氧(DO)、DIN、DON、DIP进行冗余分析,结果表明黄渤海各荧光组分(C1~C4)主要受陆源输入的影响,DOC受陆源与海源的共同影响,但陆源影响较大.渤海DIN受陆源输入的影响较大,而DON受海源影响较大;黄海DIN受陆源和海源共同影响,而DON主要受陆源输入影响.黄渤海DIP均受陆源和海源共同影响.     

黄海溶解无机氮时空变化及其水团对DIN总量的影响

本文根据2013~2016年4个航次调查资料,研究了黄海水体中溶解无机氮（DIN）的时空变化及其总量影响因素.结果表明：春、夏、秋和冬季黄海调查海域DIN平均浓度分别为（5.43±4.02）,（4.47±3.16）,（7.46±3.56）和（5.09±2.59）μmol/L.其中,秋季浓度最高,夏季最低;黄海调查海域各季节DIN的分布呈现近岸高、外海低的变化规律,近岸高值点多集中在长江口以北、山东半岛和辽东半岛等处.春~秋季影响DIN分布的因素主要是陆源输入和浮游植物的生长繁殖,冬季则主要是河流输入和沉积物再悬浮作用.四季在中央海域底层还存在一个高值区（>6μmol/L）,主要受黄海冷水团和黄海暖流等共同影响;通过聚类分析法对黄海四季水团进行了基本划分,调查海域主要包括5个水团：黄海混合水团、黄海冷水团、黄海暖流水、沿岸水团和黄东海混合水团,除黄海混合水团终年存在外,其他水团均为季节性存在;调查海域DIN总量四季差异不大,整体含量介于1.0×10⁶~1.5×10⁶t,春、夏、秋和冬季DIN总量分别约为1.2×10⁶,1.0×10⁶,1.5×10⁶和1.3×10⁶t.春季和夏季受浮游植物吸收影响,DIN总量略低,从水团对DIN总量的贡献上来看,春季以黄海暖流为主,夏季以黄海冷水团为主,秋、冬季以黄海混合水团为主.     

环渤海潮间带秋季大型底栖动物生态学研究

对2008年9月在环渤海11个潮间带进行生态调查所获得的30个生物样品,以及对现场测定的温度,pH和ρ(DO)与沉积物样品分析的基础上,阐述了环渤海潮间带大型底栖动物群落的结构特点,并进一步分析了大型底栖动物与环境因子的关系. 调查共发现大型底栖动物76种,其中多毛类动物25种,软体动物24种,甲壳动物19种,其他类动物8种. 大型底栖动物的栖息密度和生物量分别为(367.40±187.30)m-2与(100.90±56.40)g/m2. 数据分析显示,环渤海潮间带大型底栖动物群落的优势种不明显,优势度大于1%的仅有4种,分别为托氏昌螺、四角蛤蜊、哈氏美人虾和中华近方蟹. 物种多样性指数则以位于渤海口的莱州湾最高,为1.909. 11个采样区域的大型底栖动物群落结构相似性总体较低,相似系数约为20%. 相关分析表明,大型底栖动物的种类数量、栖息密度和生物量与底质类型显著相关,而与温度,pH和ρ(DO)无明显的对应关系. 与历史资料相比,过去的30 a,环渤海潮间带大型底栖动物的种类数量因周围生存环境的变化以及污染等因素的影响而明显减少.      

基于不同光谱主导因子的内陆湖泊水体叶绿素浓度三波段反演模型研究

利用分层聚类法,对实测的遥感反射率进行分类,结合固有光学特征和实测的水色要素,确定每种类别遥感反射率光谱变化的主导影响因子.根据太湖、滇池、三峡库区及巢湖的地面遥感实验,将其遥感反射率分为3类,类型一的光学特性由总悬浮物和浮游藻类共同主导,类型二的光学特性由浮游藻类主导,类型三的光学特性由悬浮物主导.根据每类水体光学特征的差异,分别建立叶绿素浓度的三波段反演模型,反演的平均相对误差为23.8%,均方根误差为8.5 mg/m3,其反演精度要高于未经分类而直接建立的三波段模型.