懸浮物（TSM）是評(píng)估水質(zhì)的重要指標(biāo),也是水色遙感反演的核心參數(shù)之一.海陸色度儀（OLCI）是新一代海洋水色傳感器,具有良好的光譜及時(shí)空分辨率.為有效監(jiān)測(cè)福建近海懸浮物濃度的時(shí)空變化,本文結(jié)合OLCI遙感數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)懸浮物濃度數(shù)據(jù),使用CatBoost、隨機(jī)森林和多元回歸方法,分別構(gòu)建懸浮物濃度反演模型,最后使用驗(yàn)證集對(duì)比分析不同模型的反演精度.結(jié)果表明,CatBoost模型估算精度最高,均方根誤差（RMSE）為2.76 mg·L^-1,平均絕對(duì)百分比誤差（MAPE）為23.67%,決定系數(shù)R²為0.89.使用CatBoost模型對(duì)2017—2018年多時(shí)相OLCI影像進(jìn)行TSM濃度遙感反演,結(jié)果發(fā)現(xiàn),福建近海TSM濃度變化顯著,但總體呈現(xiàn)近岸高于遠(yuǎn)岸、北部高于南部、江河入�？诤透蹫程幐哂谥車渌Ｓ�、春季高于夏季的時(shí)空分布特征.本研究可為福建近海的懸浮物濃度監(jiān)測(cè)提供一種有效的方法,也進(jìn)一步證明了OLCI影像良好的水色反演能力,可作為水質(zhì)監(jiān)測(cè)的有效遙感數(shù)據(jù)源. 

【文章來(lái)源】：環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào). 2020,40(08)北大核心CSCD

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福建近海研究區(qū)域及實(shí)測(cè)站點(diǎn)分布

表1 OLCI各波段與實(shí)測(cè)懸浮物濃度的相關(guān)系數(shù)Table 1 Pearson correlation coefficients between OLCI bands and in-situ TSM concentration 波段 相關(guān)系數(shù) 波段 相關(guān)系數(shù) b1 0.272 b9 0.807 b2 0.253 b10 0.804 b3 0.228 b11 0.761 b4 0.326 b12 0.736 b5 0.497 b16 0.734 b6 0.654 b17 0.737 b7 0.800 b18 0.735 b8 0.805 b21 0.7234 結(jié)果與分析(Results and discussions)

為探討OLCI數(shù)據(jù)針對(duì)福建近海TSM濃度的敏感探測(cè)通道,本文對(duì)實(shí)測(cè)TSM濃度值與光譜反射率進(jìn)行了相關(guān)性分析,表1為各波段遙感反射率與TSM濃度的相關(guān)系數(shù).結(jié)果顯示,紅光波段(b7～b12波段)的遙感反射率與TSM濃度實(shí)測(cè)值的相關(guān)性最高,相關(guān)系數(shù)比較平穩(wěn)地維持在0.8左右,在b9波段達(dá)到最大值(0.807).其次,近紅外波段(b16～b18、b21波段)的遙感反射率與TSM濃度實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)也較高,均維持在0.7以上.OLCI的b1～b4波段(400～490 nm,紫和藍(lán)波段)的遙感反射率與TSM濃度的相關(guān)性都很小,在b3波段(442.5 nm,藍(lán)波段)處達(dá)到最小(0.228).這可能與近岸二類水體中黃色物質(zhì)在藍(lán)紫光波段范圍內(nèi)具有強(qiáng)烈的吸收特性和葉綠素a在藍(lán)光波長(zhǎng)處存在一個(gè)吸收帶(韓留生,2014;吳志明等,2018)有關(guān);此外,水體本身在藍(lán)紫波段的吸收作用就很強(qiáng),因此,OLCI的b1～b4波段對(duì)TSM濃度變化并不敏感.圖3所示為98個(gè)TSM濃度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的OLCI影像水像元的光譜折線圖,由TSM濃度值為48.2 mg·L-1和34.5 mg·L-1的兩條折線可以看出,在b11和b16波段處形成明顯的反射峰,且反射值隨濃度的增高也相應(yīng)增大,其中,48.2 mg·L-1為樣本中TSM濃度的最大值.這一現(xiàn)象與水中TSM的反射光譜特性是相符的:一般清潔水體的反射峰主要分布在綠波段,紅和近紅外波段吸收作用強(qiáng)烈.而福建近海等渾濁二類水體TSM濃度較高,水體的后向散射增強(qiáng),反射峰逐漸向紅及近紅外波段移動(dòng),峰值也逐漸抬升(韓留生, 2014).綜上,根據(jù)對(duì)福建近海實(shí)測(cè)TSM濃度與OLCI各波段的相關(guān)性及該區(qū)域遙感影像上所呈現(xiàn)的TSM光譜特性進(jìn)行綜合分析,認(rèn)為OLCI在波長(zhǎng)620～885 nm范圍內(nèi)對(duì)福建近海TSM濃度較為敏感,是遙感反演TSM濃度的最佳波段范圍.因此,本文選擇OLCI的b7～b12波段和b16～b18波段作為TSM濃度反演模型的特征變量.4.2 精度評(píng)價(jià)分析

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3275668