基于HJ CCD影像的杭州湾悬浮泥沙浓度及粒径分布遥感反演研究

摘要

Ⅱ类水体通常位于与人类关系最密切且受人类活动影响最强烈的河口近岸海域，悬浮泥沙是Ⅱ类水体光学性质最重要的影响因素之一，而且对水体生态环境变化以及海岸带冲淤变化过程等都具有重要的意义。传统方法研究悬浮泥沙耗时费力，无法满足大面积、高动态河口水体的监测工作，遥感以其大面积同步获取数据的优势，在水色研究领域逐渐占据主要地位。本文基于海上实测数据，利用国产HJ CCD影像数据，选用合适的方法进行影像的大气校正处理，开展高动态河口——杭州湾悬浮泥沙浓度(Suspended Sediment Concentration，SSC)遥感定量反演以及泥沙粒径分布反演研究，得出适用于杭州湾地区的高精度悬浮泥沙浓度定量反演模型，以及悬浮泥沙粒径分布相关拟合参数的反演模型，为后期开展的悬浮泥沙固有光学性质研究奠定了理论和数据基础。本文主要的研究内容和结果如下:
　　 (1)利用MODIS反演的气溶胶数据辅助进行HJ CCD影像大气较正利用NIR-SWIR大气校正扩展算法处理与HJ CCD影像准同步的杭州湾MODIS影像，反演获得气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth，AOD)数据。再利用AOD数据反推得出能见度数据，作为HJ CCD FLAASH大气校正模块的输入参数，从而完成HJ CCD产品的大气校正。大气校正结果显示，HJ CCD第一、三和四波段的大气校正结果高于实测数据，第二波段低于实测数据;第三、第四波段的大气校正结果精度较高，相对误差分别为18.99％和12.60％。结果表明第三和第四波段的大气校正结果可用于悬浮泥沙浓度的反演。
　　 (2)杭州湾HJ CCD影像悬浮泥沙浓度定量反演
　　 利用实测的悬浮泥沙浓度数据和HJ CCD波段等效实测遥感反射率，建立基于HJ CCD第4、第3波段等效遥感反射率比值的指数反演模型，模型平均相对误差为13.60％;利用建立的悬浮泥沙浓度反演模型对经过大气校正后的HJ CCD影像进行反演，得到杭州湾及邻近水域的悬浮泥沙浓度反演结果，绝对误差为70.76 mg/L，相对误差为7.12％。反演结果显示，杭州湾整体SSC普遍较高，内部差异明显，其中中部地区SSC最高，分别逐渐向湾口以里和外海递减。结合潮时数据分析结果显示，潮流引起的流速变化和水量交换都会影响湾内的悬浮泥沙浓度分布。
　　 (3)悬浮泥沙粒径参数拟合及遥感反演探究
　　 将实验室分析获取的粒径数量百分比和质量百分比数据，通过处理获得仪器量程内可靠的粒子数量分布情况，通过Junge和2C模型分别对实测粒子数量分布情况进行参数拟合。拟合结果显示，在半径为0.55-0.63μm粒径段内，Junge模型拟合值高于实际值，相对误差高达50.00～178.96％，而2C模型的相对误差为4.22～9.59％，所以利用2C模型反推得出的小粒径端的粒子数量数据，可用于水体固有光学性质米氏散射的研究。将粒径拟合参数和HJ CCD波段等效实测遥感反射率进行相关性分析，结果显示，Junge模型的参数J和2C模型的参数a与第4、第3波段等效遥感反射率比值相关性较好。结合流速数据和底质情况分析显示，流速和底质对表层水体泥沙粒径的参数值有显著影响。

目录

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论文说明

致谢

摘要

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 论文选题背景和研究意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外Ⅱ类水体悬浮泥沙研究进展

1．3 存在的问题

1．4 研究方法和内容

1．4．1 研究方法和思路

1．4．2 各章研究内容

第2章 悬浮泥沙遥感基础理论和实测数据分析

2．1 悬浮泥沙遥感基础理论

2．2 基础数据获取

2．2．1 研究区概况

2．2．2 悬浮泥沙浓度数据

2．2．3 光谱数据

2．2．4 流速数据

2．2．5 实测气溶胶数据

2．2．6 实测粒径数据

2．2．7 遥感影像数据

2．3 实测数据分析

2．3．1 实测悬浮泥沙浓度分析

2．3．2 实测光谱数据分析

2．4 本章小结

第3章 MODIS气溶胶辅助下的HJ CCD影像大气校正研究

3．1 遥感影像大气校正理论基础和传统的大气校正方法

3．2 实测气溶胶数据

3．3 基于NIR-SWIR的MODIS气溶胶反演

3．4 FLAASH大气校正算法原理和流程

3．5 HJ CCD影像FLAASH大气校正及结果对比

3．6 本章小结

第4章 基于HJ CCD影像的杭州湾悬浮泥沙浓度定量反演研究

4．1 遥感反演数据集的建立

4．1．1 实测悬浮泥沙浓度和流速数据

4．1．2 实测水面遥感反射率

4．1．3 HJ CCD影像数据获取及处理

4．2 悬浮泥沙浓度遥感反演统计回归模型

4．2．1 遥感反射率和悬浮泥沙浓度相关性分析

4．2．2 模拟HJ CCD波段的统计回归模型构建

4．2．3 杭州湾HJ CCD影像悬浮泥沙浓度反演结果

4．3 本章小结

第5章 基于实测光谱的表层悬浮泥沙粒径分布参数反演方法探究

5．1 实测数据分析

5．2 粒径分布参数化拟合

5．2．1 Junge模型拟合

5．2．2 2C模型拟合

5．2．3 拟合结果对比

5．3 悬浮颗粒物粒径分布遥感反演模型探究

5．3．1 Junge模型参数与遥感反射率相关性分析

5．3．2 2C模型参数与遥感反射率相关性分析

5．3．3 泥沙中值粒径与遥感反射率相关性分析

5．3．4 结果评价

5．4 粒径差异的原因分析

5．4．1 流速差异

5．4．2 底质差异

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 不足与展望

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果