MODIS辅助深圳湾HJ CCD影像悬浮泥沙浓度反演研究

摘要

近岸河口海湾水体较浑浊，属于Ⅱ类水体。悬浮泥沙浓度是水体的最重要的三大水质参数之一，对海岸带冲淤变化进程以及对水体生态环境变化都具有重要意义。传统的船舶采样方法既耗时又费力，对于动态变化极大的河口海湾监测十分不利。遥感以其大面积高效率长时序获取数据的优势，在水环境研究领域应用越来越广泛。本文以经过验证的MODIS悬浮泥沙浓度(Suspended Sediment Concentration，SSC)反演结果为基础，建立HJ-1A/1B卫星CCD影像的反演模型，开展深圳湾的悬浮泥沙浓度定量反演研究，验证了在不精确大气校正条件下的参数反演的可行性，对于推动环境卫星的应用发展具有积极意义。本文的主要贡献如下:
　　(1)MODIS影像SSC反演模型
　　针对MODIS/Terra影像250m空间分辨率数据，利用SeaDAS version6.4官方软件包进行大气校正获得遥感反射率。结合2007、2008年两年2个站位的同步实测悬浮泥沙浓度数据建立深圳湾的红光/绿光波段比值敏感因子的反演模型。其中的指数模型，R2为0.80，均方根误差为5.06，相对误差为15％，能够满足反演精度要求。
　　(2)基于MODIS的HJ-1A/1B卫星CCD悬浮泥沙浓度RC、SSCI反演试验
　　利用经过精确的瑞利校正HJ-1A/1B卫星CCD数据得出遥感反射率，以与HJ-1A/1B卫星CCD数据准同步的2009-2012年的指数模型提取的MODIS数据为基础，进行悬浮泥沙浓度RC（Rayleigh Correction）方法反演试验。HJ-1A/1B卫星CCD数据经过精确的瑞利散射校正得出遥感反射率，以基线原理分析CCD红光通道指数在不同浑浊程度的Ⅱ类水体中悬浮泥沙浓度所表现的基线高度变化，达到有效解决浑浊水体传统水色遥感大气校正剔除气溶胶多次散射信号困难的问题，即悬浮泥沙浓度指数(Suspended Sediment Concentration Index，SSCI)方法。利用该方法计算的HJ-1A/1B卫星CCD遥感反射率数据，以与HJ-1A/1B卫星CCD数据准同步的2009-2012年指数模型提取的MODIS数据为基础，进行悬浮泥沙浓度指数SSCI反演试验。
　　(3)HJ-1A/1B影像RC和SSCI悬浮泥沙浓度反演以及精度验证。
　　建立MODIS数据辅助的基于RC方法的HJ-1A/1B影像单波段、波段比值、单个CCD和4个CCD的深圳湾悬浮泥沙浓度指数反演模型，以及建立MODIS数据辅助的基于SSCI方法的单波段的单个CCD和4个CCD的深圳湾悬浮泥沙浓度指数反演模型，并进行精度验证和评价。模型检验表明，对于任意选取的CCD传感器数据，其RC模型和SSCI模型都有较高的决定系数R2和较低的均方根误差RMSE(R2≥0.76，RMSE≤11.78)，模型能够满足反演要求。其中，基于MODIS辅助的HJ-1A/1B卫星CCD传感器SSCI红光波段的指数模型最适合反演深圳湾水域的悬浮泥沙浓度，模型反演的悬浮泥沙产品表明，该方法能为MODIS退役之后的以HJ-1A/1B卫星CCD数据源的悬浮泥沙浓度延续观测具有积极意义，也可以为其他缺乏同步实测数据的传感器水环境参数反演提供借鉴。

目录

声明

摘要

缩略语

1 绪论

1．1 研究背景和意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外悬浮泥沙研究现状

1．2．1 星载传感器和大气校正的发展

1．1．2 悬浮泥沙反演研究现状

1．1．3 存在问题

1．3 研究方法和研究内容

1．3．1 研究方法

1．3．2 研究内容

2 水色遥感基础理论

2．1 水体辐射传输基础

2．1．1 水体划分

2．1．2 太阳辐射和大气影响

2．2 辐射传输过程和Ⅱ类水体大气校正

2．3 卫星传感器

2．3．1 MODIS传感器

2．3．2 HJ-1A／1B卫星CCD

3 基础数据获取和处理

3．1 研究区概况

3．2 实测数据获取与处理方法

3．3 遥感影像数据获取与处理

3．3．1 影像数据获取

3．3．2 水色遥感大气校正

3．3．3 遥感影像几何配准

3．4 悬浮泥沙浓度指数SSCI

4 基于MODIS的悬浮泥沙浓度反演模型

4．1 水体光谱反射率测定与特征分析

4．2 基于MODIS的悬浮泥沙浓度反演模型

4．2．1 遥感反射率与实测悬浮泥沙浓度相关性分析

4．2．2 基于MODIS数据的悬浮泥沙浓度模型

4．2．3 悬浮泥沙浓度反演模型的精度评价

5 基于MODIS／Terra辅助HJ-1A／1B的悬浮泥沙浓度反演

5．1 HJ-1A／1B影像悬浮泥沙浓度模型构建

5．2 水体悬浮泥沙浓度反演实现

5．3 悬浮泥沙浓度反演精度评定

5．4 误差影响因素分析

6 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 研究不足与展望

参考文献

个人简历

致谢