典型内陆水体有色可溶性有机物遥感反演

摘要

有色溶解有机物( Chromophoric Dissolved Organic Matter，简称CDOM)，也称黄色物质（Yellow Substance），是一类广泛分布于自然水体中的溶解有机物,是一种重要的水质参数，与悬浮物、浮游植物同属于水色遥感的主要研究对象。遥感技术的应用促进了大尺度时间和空间范围的水环境变化研究的开展。相对于悬浮物和叶绿素a这两种水质参数而言，CDOM的遥感反演研究相对较少，并且研究区多是选择光学性质较简单的海洋水体。光学性质较复杂的近海和内陆水体CDOM的遥感反演研究相对较少。本文选取官厅水库和太湖两个典型内陆水体为研究区，以CDOM的吸收系数为浓度指标，开展CDOM遥感反演研究。
　　本文的主要创新点如下：
　　（1）结合QAA_V4、QAA_V5两个QAA改进版本和QAA-CDOM方法，创新性的提出了QAA(V4)-CDOM，QAA(V5)-CDOM两个方法，用于CDOM遥感反演。
　　（2）依据光谱特征将太湖和官厅水库水面光谱数据分为两类，分别用QAA(V4)-CDOM和QAA(V5)-CDOM方法反演。在一定程度上解决了反演方法的季节性和区域性的限制。
　　本文的主要内容及结论如下：
　　（1）本文用QAA-CDOM、QAA-E、董强提出的方法（本文中称其为QAA-FOC）以及本文提出的QAA(V4)-CDOM，QAA(V5)-CDOM方法，共五种半解析方法用于CDOM反演。确定了官厅水库用QAA(V4)-CDOM方法反演效果最好。对于太湖，QAA(V5)-CDOM方法反演结果精度最好，但仍有待提高。最终对太湖220个采样点光谱数据分为了V4、V5两类，分别用QAA(V4)-CDOM和QAA(V5)-CDOM方法进行反演。分类反演后，较分类前反演精度得到了提升。
　　（2）按照同样的方法，对官厅水库的60个采样点进行分类。综合官厅水库和太湖两个研究区，分析两类数据任两个波段比值与CDOM的相关性及高光谱数据的波段设置后，分别选定用Rrs(665)/Rrs(443）和Rrs(620)/Rrs(443）两个波段比值，建立了基于水面光谱数据的经验反演模型，反演结果的平均相对误差分别为12.1％和18.8%，均方根误差RMSE分别为0.157 m-1和0.192 m-1。
　　（3）分别按季节、研究区和V4、V5类，分别逐波段分析了遥感反射率和CDOM的相关性，并建立了相应的单波段CDOM反演经验模型。结果显示，单个研究区春季和冬季的模型表现最好。夏季和秋季由于受浮游植物的干扰，反演效果不理想。综合了不同研究区和不同季节的数据的反演模型效果不理想。由于水体区域性、季节性的差异影响，用单一波段建立模型反演CDOM是很困难的。
　　（4）将分类反演的半解析方法和分类建立的基于波段比值的经验反演模型，应用于官厅水库CHRIS和太湖MERIS高光谱数据的CDOM反演。官厅水库没有同步实测数据进行反演精度评定，仅对比了半解析方法和经验方法反演的结果，两种方法的反演结果分布规律统一。太湖有75个准同步点，用于精度检验，检验结果显示，反演结果精度尚可。太湖五次实验覆盖了春夏秋冬四个季节，其中春、冬两个季节反演结果较好，夏、秋两个季节反演结果精度仍有待提升。

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常用符号对照表

1绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 研究现状

1.3 本文的主要内容

2研究区概况与数据获取

2.1研究区概况

2.2水体表观光学量测量与数据处理

2.3 CDOM吸收系数测量与数据处理

2.4 实验数据

2.5 精度评价指标

3基于水面光谱数据的半解析方法CDOM浓度反演

3.1 QAA-E方法

3.2 QAA-FOC方法

3.3 QAA-CDOM方法

3.4 QAA(V4)-CDOM方法

3.5 QAA(V5)-CDOM方法

3.6 基于分类的CDOM反演

3.7 本章小结

4基于水面光谱数据的经验方法CDOM浓度反演

4.1 CDOM单波段相关性分析

4.2 经验模型的建立及CDOM反演

4.3 本章小结

5基于高光谱影像的CDOM浓度反演

5.1数据源介绍

5.2 CDOM半解析方法反演

5.3 CDOM经验方法反演

5.4反演结果精度分析

5.5 本章小结

6总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

硕士期间取得的研究成果