悬浮颗粒物和叶绿素普适性生物光学反演模型

基于太湖、巢湖、滇池和三峡水库水体组分生物光学特性, 根据辐射传输模型和神经网络优化算法建立悬浮颗粒物和叶绿素浓度优化生物光学反演模型.利用野外实测数据对优化生物光学算法进行检验, 结果表明, 该优化生物光学反演模型在一定程度上可以减少测量噪音对反演精度的影响.反演结果表明, 受悬浮颗粒物和叶绿素生物光学特性时空差异影响, 该优化生物光学反演模型在太湖、巢湖、滇池和山峡反演精度具有一定的差异, 但总体上能够较为准确地反演悬浮颗粒物和叶绿素浓度.其中悬浮颗粒物反演精度(平均绝对误差: MAPE, 均方根误差: RMSE)分别能够达到23%和15.13mg/L(样本数N=228), 叶绿素反演精度(MAPE和RMSE)分别能够达到26%和17.68μg/L(样本数N=228).     

富营养化水体颗粒有机碳浓度的遥感估算及动态变化特征

基于2011年5次太湖水体现场测量数据,分析富营养化水体颗粒有机碳(POC)对遥感反射比的影响,构建了POC含量的遥感定量估算模型,并结合MERIS遥感影像资料,揭示了太湖水体POC浓度的时空变化特征.结果表明,太湖水体中的POC对560~709 nm波段范围内的遥感反射比影响显著;基于海洋水环境特征构建的POC浓度遥感估算模型不适于太湖水体;通过分析富营养化水体的光学特性以及POC对遥感反射比的影响,发现MERIS传感器红(620 nm)、近红外(709 nm)波段遥感反射比的比值与POC浓度具有较好的相关关系(R2=0.75,n=132,RMSE=33.27%,P0.05),适于太湖水体POC浓度的遥感估算.     

悬浮泥沙浓度分布方差与尺度修正——八邻域算法

在归纳总结悬浮泥沙反演模型尺度效应研究现状的基础上,提出了基于八邻域窗口估算像元泥沙浓度分布方差算法,并利用该算法的计算结果,推导与计算了线性模型、对数模型和指数模型的尺度修正方法.结合太湖Landsat/TM影像数据和同步实测泥沙浓度数据及光谱数据的分析表明:悬浮泥沙浓度定量模型的尺度效应误差与模型密切相关.对于像太湖这样的复杂Ⅱ类水体,尺度效应可以导致反射率的相对误差达到16%.     

基于半分析模型的新庙泡叶绿素a浓度反演研究

叶绿素a(Chl-a)含量是反映水体水质的重要参数之一,利用遥感技术监测其浓度具有众多优势.本研究利用2004年5-9月的吉林省新庙泡实测高光谱数据和实验室分析数据,建立了基于三波段的Chl-a浓度反演模型.该模型基于水体叶绿素a、悬浮物、溶解有机物、纯水的生物光学特性分析,优化组合了3个特征波长.结果表明用该方法建立的模型具有一定的物理基础,反演精度较高,其决定系数和均方根误差分别为0.8758、4.98μg·L-1,适合于内陆水体Chi-a含量的定量提取.     

用波段比值参数提升水体悬浮颗粒物浓度反演模型稳健性的分析

为了得到更加稳健的水体悬浮颗粒物(Suspended Particular Matters, SPM)的反演模型,减少建模数据误差对算法精度的影响,将单波段和对应波段比值的六种经验模型和半经验、半分析模型分别应用于长江口高浊度水域不同航次不同测量仪器测得的实测数据集中,分析了波段比值参数对于提高SPM反演模型稳健性和稳定性的作用。结果表明,采用波段比值参数的模型的精度都远高于相应的单波段模型。在2014年5月和2014年12月航次的数据集中,有的单波段模型失效,总体的最高精度不超过0.5。而相对应的波段比值的建模精度都在0.8左右。另外,将各模型应用于Landsat 8卫星的OLI传感器的遥感数据时,同样,波段比值模型的反演精度高于单波段模型。结果证明,在高浊度的水体中反演SPM浓度时,波段比值遥感参数的应用可以加强反演模型的稳健性。     

浑浊Ⅱ类水体叶绿素a浓度遥感反演(Ⅰ):模型的选择

受高浓度悬浮物的影响,浑浊Ⅱ类水体叶绿素a浓度高精度定量反演一直是研究难点之一.利用2004年到2010年太湖4次实测光谱数据和水质参数,分别建立了两波段、三波段、改进三波段及四波段的叶绿素a估算模型;选择最优模型,利用巢湖2009年的实测数据进行独立验证.结果表明,四波段模型最适合高浑浊水体,线性相关性较好,决定系数...     

浑浊II类水体叶绿素a浓度遥感反演(II):MERIS遥感数据的应用

基于2004～2010年太湖4次野外观测数据,结合MERIS遥感资料,评价两波段、三波段、改进三波段和四波段4个模型在浑浊II类水体叶绿素a浓度估算的精度,并利用太湖(13个有效样点)以及巢湖(21个有效样点)进行模型验证.结果表明,改进三波段模型反演叶绿素a浓度较高,更适于浑浊II类水体叶绿素a浓度的遥感反演,决定系数R2在0.34~0.94之间变化,RMSE变化范围为: 3.17~8.70 μg/L.分季节率定改进三波段模型参数,并建立太湖水体春、夏、秋、冬季的模型输入参数查找表,最终将改进三波段模型应用于MERIS遥感影像(8、9、10波段),获取太湖水体叶绿素a浓度的空间分布和年内、年际变化.     

水下光源主光轴光谱辐照度分布模型

根据光传输理论和水体光学衰减规律,提出了水下光源主光轴上光谱辐照度随距离分布的理论模型,确定了模型结构。在此基础上,采用数值计算的方法对模型中各待定参数进行求解,根据模型结构特点提出了对不同参数进行分步拟合的思路并给出了具体的参数求解方法。为了验证建模方法的准确性和可行性,根据水下光源实测数据进行建模并对模型的精度进行了评估。结果显示:模型拟合数据与水下实测数据吻合程度较高,拟合误差的方均根值仅为实测数据方均根值的4%,说明模型拟合精度较高。该方法有望用于水下光场建模、水下图像处理等应用领域。     

空中目标红外辐射特性建模与测量误差分析

为了证实一种空中目标红外辐射特性测量方法的有效性,首先利用中波和长波宽波段红外探测器的相关知识对空中目标红外辐射特性进行了建模,并用最优化理论中较成熟算法进行了求解.其次通过理想试验数值模拟结果与野外试验数据处理结果证实了该模型和方法具有很高的精度,最后结合野外试验现象以及数据处理结果,分析了空中目标辐射特性测量误差的来源以及减小其误差的方法.     

基于广义回归神经网络反演悬浮泥沙含量的定量遥感方法

利用2003年1月和2004年1月所获得的珠江口实测遥感反射率和悬浮泥沙浓度数据,根据MODIS专门的水色通道,建立了基于实测遥感反射率的广义回归神经网络（GRNN）模型来反演悬浮泥沙含量,并利用MODIS图像获取悬浮泥沙的浓度图。研究结果表明：GRNN模型计算方法简单,选取MODIS 8~15通道的遥感反射率组合作为输入时,模型的反演精度较为理想,平均相对误差为17.01%,相关系数为0.965。     

基于短波红外波段的乌梁素海Landsat-8 OLI数据大气校正

采用基于短波红外波段的Vanhellemont和Ruddick算 法对乌梁素海水体的Landsat-8业务陆地成像仪(Operational Land Imager, OLI)数 据进行了大气校正。用该算法得到的OLI反射率与ENVI Flaash大气校正结果 之间具有很好的一致性,且R2为0.8。经大气校正后得到的OLI反射率与实测值 吻合得较好,而且483 nm、561 nm和655 nm波段的误差在19.3%～36.5%之 间,表明该算法适用于乌梁素海水体。基于时间序列OLI数据,得到了 悬浮物浓度的时空分布特征。乌梁素海的悬浮物浓度反演结果存在一定 的不确定性,其主要原因是底质、沉水植物和藻华对离水反射率有很 大影响。     

多种卫星传感器反演长江口悬浮泥沙浓度的对比分析

通过用Shen等~([1])的方法对Terra/MODIS、FY-3A/MERSI、COMS/GOCI传感器入瞳处的辐射亮度即天顶辐射亮度进行反演计算,得出了遥感反射率Rrs与悬浮颗粒物(Suspended Particulate Matter,SPM)浓度的数据,并将上述反演与Envisat/MERIS反演进行了对比。结果表明,MODIS、MERSI、GOCI传感器的天顶辐射亮度与MERIS的线性相关性均较好;GOCI、MODIS与MERIS的Rrs一致,MERSI与MERIS的R_(rs)相差较大,尤其在近红外区域。MODIS、MERSI和GOCI反演的SPM数据与MERIS反演的绝对偏差分别为36%、31%和26%。对于长江口、杭州湾及江苏沿岸的高浊度水体,3种传感器反演的SPM均与MERIS反演的SPM相近。对于离岸较远的低浊度水体,仅GOCI能很好地体现。     

湖泊水环境指标的超光谱响应特征分析

为了探索湖泊水质遥感的可能性，以我国三大富营养化湖泊之一的太湖为研究对象，进行了冬夏二季太湖水面反射光谱测量与水质采样分析同步试验．对试验结果进行了统计分析．结果表明：（1）高锰酸盐指数与叶绿素浓度具有很好的相关性；(2)夏季太湖北部水面反射率主要反映叶绿素浓度的影响，可以用线性摸型来表示，以700nm以上波段体现叶绿素散射作用最为明显；(3)冬季太湖水面反射率主要反映悬浮物浓度的影响．可以用对数线性模型来表示(若仅考虑悬浮物浓度小于100mg/L区域．用线性模型更好些)，悬浮物散射作用响应的液长范围比较宽，以500nm～800nm比较明显，优势波长随着悬浮物浓度的增加而右移，给出了不同波长水面反射率与水环境指标的统计关系模型。     

湖泊藻类叶绿素-α和悬浮物浓度的高光谱定量遥感模型研究

本文利用地物光谱仪对太湖水体进行了光谱测量和同步采样分析，对获得的数据尝试用光谱分离法进行分析，从中分离出蓝藻和悬浮物的特征波峰，建立波峰高度与同步水质采样得到的叶绿素-α浓度和悬浮物浓度的对应关系，得出其遥感定量反演算法，并实际应用在OMIS成像光谱仪图像上．     

黑碳-氯化钠内混合气溶胶粒子有效吸收研究

内混合气溶胶粒子的有效吸收对激光大气传输有着不利影响。以黑碳和氯化钠两种典型成分为例,计算了密度和比热相同情况下,均匀球和分层球模型粒子的有效吸收系数。研究结果表明:有效吸收系数大小与粒子组分混合方式有关。在粒子吸收热量加热大气过程中,黑碳为核的粒子在可见光和近红外波段有效吸收系数更大;均匀球粒子在中红外波段和远红外波段（100 s后）有效吸收系数更大,而氯化钠为核的粒子在远红外波段（前100 s）有效吸收系数最大。     

污水油分与悬浮物光学在线检测方法

油田生产过程中排出的超标污水既污染土壤环境又危及水生资源,必须对油田污水进行在线水质监测,实时反映污染物指标,减小对环境的威胁。基于近红外光的吸收透射和散射原理,设计了能同时检测出油田污水中油分和悬浮物含量两个参数的测算模型;选择合适波长,利用三波长法进行光电检测;搭建了插入式污水油分和悬浮物在线检测系统。实验结果表明:该测算模型准确、可靠,可同时检测出待测液中的水中油分和悬浮物的含量,相对于常规的水中油分红外光度检测法和水中悬浮物重量检测法,提出方法的检测误差小于6%,该方法对实际应用有较大参考的价值。     

Assessment of SeaWiFS atmospheric and marine products for the northern Adriatic Sea

An evaluation of the accuracy of atmospheric and marine satellite-derived products is presented and discussed for the northern Adriatic Sea coastal region using match-ups of in situ and Sea-Viewing Wide-Field-of-View Sensor (SeaWiFS) data for the period September 1997-September 2001. The study, making use of a simple atmospheric correction scheme including a near-infrared (NIR) turbid-water correction, has shown mean relative percentage differences between in situ and satellite-derived aerosol optical thickness lower than 23% in the spectral range between 443 and 865 nm. By applying regional empirical bio-optical algorithms for chlorophyll a concentration (Chla), total suspended matter concentration (TSM), and diffuse attenuation coefficient at 490 nm (K/sub d/(490)), match-ups analysis has shown mean relative percentage differences of 40% for Chla, 28% for TSM, and 30% for K/sub d/(490). The analysis is supported by comparison of in situ and satellite-derived normalized water leaving radiances to highlight the importance of the NIR turbid-water correction and to discuss the intrinsic uncertainties due to the use of empirical algorithms.     

基于VIIRS数据洪泽湖悬浮物浓度估算算法研究

基于2012~2015年洪泽湖4次星地同步试验数据,建立了较高精度的水体悬浮物浓度单波段(671 nm)模型(R~2=0.74,RMSE=8.58 mg/L),并进行了验证(R~2=0.72,RMSE=11.98 mg/L);然后,将该算法成功应用到了2012~2015年464景VIIRS无云影像上.结果表明,洪泽湖悬浮物浓度呈现春夏低、秋冬高的季节特征和东、中部高,西、北部低的空间分布特征;在年际变化尺度上,悬浮物浓度年均值呈现较小的减少趋势.总体来说,VIIRS在浑浊水体悬浮物浓度上表现了较好的探测能力,在湖泊水色遥感领域具有较大潜力.     

湖泊水体高光谱遥感反演总磷的地统计算法设计

高光谱遥感应用于内陆湖泊水质监测具有较好的发展前景,但由于内陆湖泊水体光学环境的时空多变性,如何高效利用水体高光谱特征信息,降低数据冗余度,发展高精度的水质参数反演模型具有重要的意义。针对上述问题,以巢湖为例,将遗传算法和地统计学相结合,利用环境一号(HJ-1A)卫星HSI高光谱遥感数据,建立了基于协同克里格遗传算法的湖泊水质总磷浓度高光谱遥感反演模型。实验结果显示,与传统遗传算法比较,协同克里格遗传算法模拟的ME、RMSE分别提高了128.2%、53%。经总磷实测值和反演值比对,建模和检验的相关系数R2分别为0.85、0.77。反演结果表明:协同克里格遗传算法通过利用克里格插值对传统遗传算法目标函数优化改进,使其具备克里格最佳局部估计能力,能够有效提高反演的精度。