基于反射光谱的太湖北部叶绿素a浓度定量估算

利用地物光谱仪研究了太湖水体的反射光谱特征与叶绿素a浓度之间的定量关系,结果表明太湖水体的叶绿素a浓度可以用720 nm附近的反射率估算,同时也可以用806 nm和571 nm两个波段的反射率比值来估算,前者建立的估算模型具有较好的通用性,而后者只能较好的估算<10μg/L的叶绿素a浓度;通过对光谱微分的分析,发现叶绿素a浓度与690 nm附近的一阶微分和702 nm附近的二阶微分相关性最好,但基于反射光谱一阶微分的叶绿素a浓度估算模型,并没有显著的提高太湖叶绿素a浓度的估测精度,二阶微分后的估测精度好于一阶微分,但其估测精度仍没有利用720 nm反射光谱的反演模型高．太湖水体的叶绿素a浓度可以利用720 nm附近的反射光谱有效地估算．     

太湖叶绿素a的时空分布特征及其与环境因子的相关关系

2012年3月至2013年2月逐月对太湖水体叶绿素a含量、主要环境因子及不同门类浮游植物密度进行测定,分析太湖叶绿素a含量和不同门类浮游植物密度的时空分布特征,探讨太湖叶绿素a含量和环境因子与不同门类浮游植物密度之间的相关关系并建立逐步回归方程.结果表明:太湖叶绿素a含量全年平均值为22.33±37.65 mg/m³,变幅为0.48~347.85 mg/m³;叶绿素a含量随季节变化明显,夏季最高、秋冬季次之、春季最低;在空间分布上,太湖北部和西北部最高,东部和南部最低.蓝藻门、隐藻门、硅藻门、绿藻门密度随时间呈峰型变化,均在10月份达到最大值,黄藻门、金藻门和裸藻门密度的变化趋势呈\"V\"型,在春、冬两季出现较大值;不同门类浮游植物密度基本在西北区出现最大值.全湖叶绿素a含量的显著影响因子有总有机碳、亚硝态氮、溶解氧、pH、水温和磷酸盐;lg(Y_Chl.a)与lg(X_TN)呈显著负相关,与lg(X_TP)呈极显著正相关,与lg(X_N/P)呈极显著负相关.太湖叶绿素a含量与蓝藻门、隐藻门、裸藻门与甲藻门密度有显著相关关系.     

太湖叶绿素a同化系统敏感性分析

太湖叶绿素a同化系统对于不同参数的敏感性将直接影响到该系统能否精确的估算太湖叶绿素a的浓度分布.利用2009年4月21日环境一号卫星(HJ-1B CCD2)影像数据反演太湖叶绿素a浓度场信息.以此作为背景场信息,结合基于集合均方根滤波的太湖叶绿素a同化系统,分析和评价了样本数目、同化时长、背景场误差、观测误差和模型误差对于同化系统性能的影响.结果表明:从计算成本、系统运行时间和同化效果等方面分析,当集合样本数目达到30~40左右时同化系统取得了较好的结果;同化系统对于背景场误差的估计变化不是很敏感,即初始场的估计是否准确对于同化系统的性能影响不是很大;同化系统对于模型误差和观测误差的变化较为敏感,不同的测试点位由于水体动力学性质不一,其敏感性的表现形式有所差异;利用数据同化方法可以有效地估算太湖叶绿素a浓度.     

应用实测光谱估算千岛湖夏季叶绿素a浓度

依据2010年8月的实测数据构建了千岛湖水体夏季叶绿素a浓度的实测光谱数据估算模型,并进行了验证.利用ASD FieldSpec3野外光谱仪获取高光谱数据,计算水体离水辐亮度和遥感反射率.通过寻找反演水体叶绿素a浓度的高光谱敏感波段,采用单波段相关分析、波段比值、微分光谱、三波段模型、BP人工神经网络等多种算法进行比较分析,结果表明:叶绿素a浓度与单波段光谱反射率的相关性不大;596 nm和489 nm波长处反射率比值、545 nm处光谱一阶微分与叶绿素a浓度均呈较显著相关,估测模型决定系数R2分别为0.782、0.590,RMSE分别为0.89、1.98μg/L;三波段模型的反演结果优于传统的波段比值和一阶微分法,R2为0.838,RMSE为0.71μg/L;神经网络模型大大提高了叶绿素a浓度的反演精度,R2高达0.942,RMSE为0.63μg/L.本研究为今后在千岛湖水域的夏季相邻月份进行叶绿素a浓度大范围遥感反演研究奠定了基础.     

春季巢湖水温和水体叶绿素a浓度的变化关系

根据2007年3-6月的巢湖逐时气象观测资料和水环境监测资料,分析了水体叶绿素a浓度、水温和气温的时间变化规律以及相互之间的关系.结果表明:水温日变化幅度小于气温日变化幅度,多项式拟合决定系数较高,为0.81;水温与水体叶绿素a浓度逐时变化关系不稳定,线性拟合决定系数变化范围为0到0.91,平均为0.35;水温日平均与...     

基于半分析模型的波段最优化组合反演混浊太湖水体叶绿素a

内陆水体叶绿素a浓度定量反演是水质遥感的热点与难点.本文基于对内陆水体叶绿素a、悬浮物、溶解有机物与水分子的光谱特征分析,从半分析生物光学模型出发,利用太湖实测的水面 ASD 高光谱遥感数据三波段组合,进行迭代优化,得到与叶绿素浓度密切相关而受悬浮物与黄色物质影响小的最优波段组合模型,反演精度较高,其决定系数和均方根误差分别为 0.8358、3.816mg/m3,该方法可以有效地反演高浓度悬浮物主导光学特性的水体叶绿素a浓度.     

2005-2017年北部太湖水体叶绿素a和营养盐变化及影响因素

利用国家生态观测网络太湖湖泊生态系统研究站对北部太湖14个监测点2005-2017年的营养盐和叶绿素a浓度逐月监测数据,分析了北部太湖2005年以来水体营养盐和叶绿素a变化特征,探讨了叶绿素变化的影响因素.结果表明,2015年以来,北部太湖水体叶绿素a浓度呈现显著增高特征,特别是5-7月的蓝藻水华灾害关键期,水体叶绿素a浓度增幅更加明显;营养盐方面,氮、磷对治理的响应完全不同：水体总氮、溶解性总氮、氨氮的降幅很明显,甚至在春末夏初的蓝藻生长旺盛期出现了供给不足的征兆;但水体总磷降幅却不明显,加之蓝藻水华的磷\"泵吸作用\",近3 a来水体总磷浓度反而有升高趋势,溶解性总磷浓度也无明显下降趋势.不同湖区的营养盐变化也不相同：西北湖区溶解性总氮、溶解性总磷浓度显著高于梅梁湾、贡湖湾和湖心区,而且后3个湖区的水质呈现均一化趋势.统计分析表明,北部太湖水体叶绿素a浓度与颗粒氮、颗粒磷、总磷、高锰酸盐指数均呈显著正相关,与溶解态氮呈负相关;5-7月水华关键期北部太湖水体叶绿素a浓度与上半年（1-6月）逐日水温积温、总降雨量、年平均水位均呈显著正相关关系.从研究结果可以看出,近年来北部太湖水体叶绿素a浓度的波动很大程度上受水文气象因子的影响;2007年以来太湖流域一系列生态修复工程的实施,虽然明显降低了湖泊氮浓度,但由于流域和湖体的氮磷本底较高,磷的缓冲能力大,致使水体营养盐水平仍未降到能显著抑制蓝藻生长的水平,年际之间的水文气象条件差异成为蓝藻水华暴发强度差异的主控因素.为此,仍需加大对太湖流域氮、磷负荷的削减,使湖体氮、磷浓度降低到能显著影响蓝藻生长的水平,才能摆脱水文气象条件对蓝藻水华情势的决定作用.     

太湖水体叶绿素浓度反演模型适宜性分析

为确定适合太湖水体叶绿素的反演算法,为同类卫星数据的建模和应用提供参考,本文根据太湖2007年11月、2009年4月和2011年8月实测水质参数以及同步光谱数据,结合水色遥感传感器MODIS、MERIS、GOCI及我国自主发射的HJ-1号卫星CCD传感器波段参数,基于差值模型、比值模型、三波段模型及APPEL模型,分别建立太湖水体叶绿素浓度反演模型,并分析模型的适宜性.结果显示,基于不同传感器数据APPEL模型的决定系数为0.7308~0.8107,模型相对误差为15%~24%,均方根误差为21%~32%;三波段模型基于不同传感器数据拟合的决定系数为0.6014~0.7610,相对误差为28%~36%,相对均方根误差为39%~46%;差值模型决定系数为0.4954~0.7244,相对误差为39%~53%,相对均方根误差为51%~72%;比值模型决定系数为0.4918~0.7098,相对误差为41%~55%,相对均方根误差为56%~75%.相比较而言,APPEL模型的稳定性较强,适合于不同传感器数据的太湖水体叶绿素浓度的反演.此外,相应不同传感器波段位置、波段宽度对模型反演的精度和稳定性的影响也不同,当波段位置接近叶绿素特征波长时,较窄的波宽有利于模型精度的提高,波段位置和叶绿素浓度特征波长相差较大时,合理增加波谱范围有利于叶绿素特征信息的获取.     

吉林查干湖水体叶绿素a含量高光谱模型研究

叶绿素a含量能够在一定程度上反映水质状况,高光谱遥感可有效反演叶绿素a含量.该研究通过分析水体叶绿素a浓度与其高光谱反射特征之间的相关关系,采用单波段相关分析、波段比值、微分光谱和神经网络模型等多种算法建立了叶绿素a高光谱定量模型.结果表明:叶绿素a与单波段光谱在蓝、绿波段相关系数较低,而在红光与近红外波段有明显提高,微分光谱也表现出同样的趋势;反射率比值算法模拟效果好于线性回归法;神经元网络模型可以大大提高实测光谱数据的反演能力,确定性系数高达0.95.这为今后利用星载高光谱传感器在查干湖进行叶绿素a浓度大面积遥感反演提供了研究基础.     

水体叶绿素含量的遥感定量模型

利用１９９２年７月２５日陆地卫星ＴＭ数据与该日同步湖面多点观测资料,对太湖北部水体叶绿素含量与不同波段遥感值的关系进行了定量分析,发现ＴＭ３与Ｃｈｌ－ａ含量有负幂次关系,ＴＭ４,ＴＭ７则分别与Ｃｈｌ－ａ含量有较好的正、负线性相关性。     

基于时间序列MODIS影像的鄱阳湖丰水期悬浮泥沙浓度反演及变化

悬浮泥沙浓度是描述水质的重要参数之一,获得其在空间和时间上的分布信息对于理解、管理和保护湖泊生态系统是必要的.此研究旨在建立基于中分辨率成像光谱仪(MODIS)影像的鄱阳湖悬浮泥沙浓度反演模型,并利用建立的模型反演2000-2007年鄱阳湖丰水期的悬浮泥沙浓度,分析其在时间和空间上的变化特征并对引起这些变化的原因进行讨论.研究结果揭示:MODIS Terra影像红波段与悬浮泥沙浓度具有显著的相关性(R2=0.92,s.e.=12.02mg/L,F=154.30,P<0.001),可以用于鄱阳湖丰水期悬浮泥沙浓度的反演;自2000-2007年间,鄱阳湖悬浮泥沙浓度呈明显的时间和空间分布特征,在南部水体悬浮泥沙浓度无明显变化,在北部呈增加趋势,而中部水体泥沙浓度波动较大;鄱阳湖北部的采砂活动是导致此区域悬浮泥沙浓度增加的主要原因,其与长江江水倒灌鄱阳湖共同作用引起鄱阳湖中部泥沙浓度的波动,抚河、信江和饶河输沙量的非显著变化也导致南部鄱阳湖水体悬浮泥沙浓度的非显著变化.     

遥感与实测地表温度的对比分析及在地震研究中的意义

伴随着空间观测技术的发展,卫星热红外遥感在地震领域受到越来越多的关注,同时存在许多基础性工作亟待完善.本文以由卫星遥感影像与实际测量两种不同方法获取的地表温度为基础,选取2006年3月~2008年2月近2年的数据,进行遥感与实测地表温度之间的对比研究.分析结果表明遥感与实测地表温度之间:夜间差值比白天要小,白天的相关性比夜间相关性差;无论是白天还是夜间,长周期信号相关性比短周期要好,对于几十天以上的变化,两者相关程度均极高.意味着分析地表温度的长周期变化时,选用白天或者夜间数据产品没有实质性区别.通过本文分析,初步明确了遥感地表温度与实测地表温度之间的相关性,有助于选取合适的遥感资料开展地震研究.     

MODIS水色产品在黄东海域的真实性检验

水色产品的真实性检验无论对于算法的改进还是后续应用的可靠性保障来说都是十分重要的.中国近海是世界上最为浑浊的海域之一,NASA标准MODIS水色产品在该海域的精度十分有限.然而,局限于高质量海上实测数据的获取,相关的检验工作并未得到有效开展.利用2003年春季和秋季黄东海航次的实测数据对MODISAqua标准水色产品中的归一化离水辐亮度LWN(λ)(转换成遥感反射率Rrs(λ))和叶绿素a浓度(Chl.a)进行了真实性检验分析.采用3×3像元和±3h作为时空匹配窗口,并根据空间均匀性判识准则进行了数据剔除.基于验证数据(中低混浊水体)的分析,得到初步结论:(1)MODIS的Rrs(λ)反演结果具有一定精度,但是不能满足10%的误差期盼,且412nm波段的结果明显较差.反演值与实测值之间具有良好线性相关关系,对于所有6个波段,均方根偏差约为0.0030sr-1,相对偏差绝对值的中值约为25%.MODIS反演的Rrs(λ)与实测光谱的形状基本相似,数值多数偏低,特别是在高值区,另外,412和667nm波段在低值区大多数偏低,甚至出现负值,主要是大气修正过程中近红外波段离水辐射和气溶胶类型不适当造成的.(2)MODIS的Chl.a精度很差.反演值整体偏高,且与实测值之间不具有明显的线性相关关系,两者的均方根偏差约为1.56 mg/m3,相对偏差绝对值的中值约为103.25%,主要是OC3M模型(系数)的不适用性造成的.     

中国大陆地表温度年变基准场研究

非构造活动或非地震因素对地表热辐射场（地表温度）的影响,对于利用卫星热红外遥感探索地震前兆抑或断层活动有着重要的现实意义.地表温度中,典型非构造活动或非地震因素成份有：由太阳辐射引起的稳定年周期成份和与地形、纬度及能量平衡等因素有关的长期稳定成份,合称年变基准场.本文根据2000～2008年的MODIS/Terra地表温度产品,利用小波分析提取了中国大陆地表温度的年变基准场.在此基础上,结合热传导方程和数学物理方法,获得了年变基准场的（半）定量化表达式.进一步, 利用地表温度的长期稳定成份,获得了温度与海拔、纬度变化之间的定量关系：海拔每增加100 m,温度降低0.51±0.01 K; 纬度每增加1°,温度降低0.77±0.08 K.总之,年变基准场可为利用热红外辐射提取地壳活动信息提供一种参考背景, 温度与海拔、纬度变化之间的定量关系则可用来校正地形起伏和纬度变化对地表温度的影响.     

基于太湖气溶胶类型分区的环境一号卫星CCD大气校正

由两颗卫星组成的环境卫星星座系统所提供的CCD数据具有较高的时间分辨率,使其在内陆湖泊水环境遥感监测中具有较大的应用潜力,对其有效的大气校正方法的研究则是其定量化参数反演的前提.基于准同步的MODIS数据辅助,根据气溶胶的差异性,将太湖划分为北部湖区、其他湖区两块区域,利用辐射传输模型,研究太湖环境一号CCD数据大气校正的方法,并对2009年4月17、21、25日数据进行大气校正.研究结果表明,该大气校正方法直接使用较为成熟的MODIS各类产品,克服了传统大气校正中依赖于现场同步测量大气参数的缺陷,能够快速、有效地完成环境一号CCD数据的大气校正.基于气溶胶类型对太湖进行分区后,所求算的遥感反射率精度高于6S模型和暗像元等大气校正方法得到的结果.     

基于MODIS晴空数据的森林日净第一性生产力估算

基于光能利用率模型提出了一个基于MODIS数据参数反演的日净第一性生产力估算模型. 其中包括基于植被冠层叶面积指数和地表反照率的光合有效辐射比例能量平衡模型, 基于大气气溶胶光学厚度、水汽含量和Bird模型相结合的光合有效辐射计算模型. 日净第一性生产力模型所需的主要参数从MODIS数据反演获得. 为了验证净第一性生产力结果的估算精度, 用中国生态系统研究网络2003和2004年千烟洲和长白山观测站点的日净第一性生产力观测数据和模型估算结果对比, 结果表明两者具有较好的一致性. 同时也将同期NASA的净第一性生产力产品加以对比, 结果表明千烟洲站点上2004年的NASA产品低估了净第一性生产力值, 但长白山站则高估了净第一性生产力结果.     

福建地区MODIS卫星热红外资料异常分析

根据MODIS卫星热红外数据,利用透热指数法和亮温增温异常点比值法,分析福建地区地震震前的热红外时空异常变化,发现透热指数与福建地区中等地震有较好的对应关系,而地表的亮温增温异常区与未来发生的地震震中较为接近。     

EOS/MODIS卫星遥感热红外辐射与台湾地区地震探讨

使用MODIS卫星遥感数据对台湾地区发生的地震进行探索性预测。对台湾地区2004年以来5级以上地震进行总结、归纳,结果表明,台湾地区大部分中强地震发生前20天左右出现了亮温异常比值突跳,发震区并不在亮温明显升温区域,而是在其附近100千米附近。震级和亮温增温比值之间没有明显的正比关系。     

利用ENVISAT/AATSR资料反演黄土高原陇东地区地表温度

由于ENVISAT/AATSR资料不同角度热辐射亮度值之间存在较高的相关性从而导致较大误差的产生,本文尝试避开这种误差源,只选取天底观测数据对黄土高原陇东地区整层大气水汽含量及地表温度进行反演.与MODIS整层大气水汽含量产品对比验证表明,本文结果与MODIS产品有一定差异,但是可以直接用于大气透过率的估算.结合野外观测数据对地表温度反演结果的检验表明,最大绝对误差为4.0 ℃,平均相对误差为5.0％,因此,该算法在黄土高原陇东地区应用比较成功.     

内蒙古乌梁素海“黄苔”暴发卫星遥感动态监测

通过综合分析\"黄苔\"、芦苇、明水体和陆地等地物在EOS/MODIS图像上不同波段的光谱特征,提出了利用EOS/MODIS可见光、近红外波段数据提取\"黄苔\"信息的方法.结合乌梁素海\"黄苔\"实地考察资料和高空间分辨率的中巴资源卫星CBERS/CCD数据对MODIS数据监测\"黄苔\"的结果进行了比对验证.研究结果表明,本文提出的方法可以对\"黄苔\"进行有效的监测.同时提出了简单可行的去除程辐射影响的大气校正方法,利用MODIS 2008年5-10月的数据对内蒙古乌梁素海的\"黄苔\"灾情进行了动态监测,获得了乌梁素海\"黄苔\"灾情发生发展的特征信息,乌梁素海在2008年5月初开始出现\"黄苔\",6-7月份发生大面积\"黄苔\"暴发,进入8月以后\"黄苔\"开始逐渐消退,10月份基本消失,并初步分析了\"黄苔\"暴发的原因.