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內(nèi)陸湖泊顆粒有機(jī)碳(POC)濃度遙感定量反演模型研究

發(fā)布時(shí)間:2017-10-13 11:36

  本文關(guān)鍵詞:內(nèi)陸湖泊顆粒有機(jī)碳(POC)濃度遙感定量反演模型研究


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【摘要】:碳作為主要的生源要素,是決定水域生物資源可持續(xù)利用最關(guān)鍵的生態(tài)學(xué)要素之一,碳在海洋與湖泊中的行為及由碳引導(dǎo)的生物泵過(guò)程又在一定程度上決定了全球及區(qū)域性氣候變化的趨勢(shì)。顆粒有機(jī)碳雖然占總碳很小部分,但由于其沉降作用決定了POC在固碳及向下運(yùn)輸相關(guān)元素方面扮演著重要角色,具有生物泵的功能。遙感作為一種技術(shù)手段,能夠快速、宏觀(guān)的監(jiān)測(cè)顆粒有機(jī)碳濃度時(shí)空變化。目前大洋水體顆粒有機(jī)碳(POC)反演模型較為成熟,但內(nèi)陸水體顆粒有機(jī)碳遙感反演研究相對(duì)較少,所以研究?jī)?nèi)陸水體顆粒有機(jī)碳遙感反演算法對(duì)利用遙感手段宏觀(guān)監(jiān)測(cè)內(nèi)陸水體POC時(shí)空變化情況有十分重要的意義。本文主要利用太湖、洞庭湖野外實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(88個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)),構(gòu)建了內(nèi)陸湖泊顆粒有機(jī)碳的遙感反演模型,包括經(jīng)驗(yàn)?zāi)P图鞍敕治瞿P?并利用2013年MODIS衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)對(duì)太湖地區(qū)POC濃度時(shí)空變化情況進(jìn)行了分析,主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論可以概括4個(gè)方面。(1)簡(jiǎn)單經(jīng)驗(yàn)反演模型的構(gòu)建。首先利用內(nèi)陸湖泊實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)大洋水體POC遙感反演方法進(jìn)行了驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)大洋水體POC遙感反演算法在內(nèi)陸水體并不適用,因此構(gòu)建了適用于我國(guó)內(nèi)陸湖泊的POC經(jīng)驗(yàn)估算模型。構(gòu)建的三種經(jīng)驗(yàn)?zāi)P椭?基于825nm和550nm的比值模型具有最好的反演效果,模型MAPE為33%,RMSE為0.73mg/L。(2)分類(lèi)后反演模型的構(gòu)建。研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)陸湖泊水體顆粒有機(jī)碳的主要來(lái)源為非色素顆粒有機(jī)物和色素顆粒物,二者比例差異導(dǎo)致了估算精度的差異。為了進(jìn)一步提高POC反演算法的精度,首先根據(jù)光學(xué)特征對(duì)水體進(jìn)行分類(lèi),利用構(gòu)建的NDT指數(shù)(NDT=0.4*Rrs(705)+0.68Rrs(655)-Rrs(675))與色素顆粒物吸收系數(shù)與總懸浮物吸收系數(shù)的比值(aph/atsm)之間較好的相關(guān)性,最終將水體分為色素顆粒物主導(dǎo)(NDT0.45)和非色素顆粒物主導(dǎo)水體(NDT0.45),并針對(duì)不同類(lèi)型的水體分別構(gòu)建了POC反演模型,有效的提高了反演精度。其中非色素顆粒物主導(dǎo)水體的POC濃度可以用833nm和529nm的遙感反射率組合估算,模型RMSE為0.71mg/L,MAPE為25%;色素顆粒物主導(dǎo)水體的POC濃度可以用825nm及550nm波段比值進(jìn)行估算,模型RMSE為0.63mg/L, MAPE為28%。分類(lèi)反演精度比簡(jiǎn)單經(jīng)驗(yàn)?zāi)P偷玫斤@著提高。(3)半分析模型的構(gòu)建。由于經(jīng)驗(yàn)?zāi)P洼^大的依賴(lài)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集,為了使得模型更具通用性,在分析水體光學(xué)特征的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展了POC遙感反演的半分析模型。在結(jié)合大量的吸收系數(shù)的數(shù)據(jù)集情況下,發(fā)現(xiàn)非色素顆粒物吸收與POC有著極好的關(guān)聯(lián),并從總吸收中成功分離出非色素顆粒物的吸收,最終構(gòu)建了基于510nmm、670nmm和750nmm的三波段半分析模型,模型MAPE為22%,RMSE為0.63mg/L。相對(duì)于經(jīng)驗(yàn)?zāi)P投?半分析模型的反演精度有很大提高,并具備更優(yōu)異的普適性和穩(wěn)定性。(4)模型應(yīng)用的實(shí)例展示。根據(jù)MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)的波段特點(diǎn),選取已構(gòu)建的經(jīng)驗(yàn)?zāi)P蛯?duì)模型的參數(shù)進(jìn)行率定,使其適用于MODIS衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)。并利用MODIS數(shù)據(jù)研究分析了2013年太湖地區(qū)POC季節(jié)性變化及月變化。結(jié)果表明2013年P(guān)OC的季節(jié)性變化和月變化都十分明顯:從季節(jié)變化來(lái)看,春季至夏季POC濃度逐漸遞減,反之,夏季至冬季POC濃度逐漸遞增;從月變化來(lái)看,三個(gè)湖灣(竺山灣、貢湖灣、梅梁灣)及東太湖區(qū)域POC濃度月變化相對(duì)較小,常年相對(duì)較為穩(wěn)定;湖心區(qū)、西北及西南湖區(qū)POC月變化顯著,由1月至7月的持續(xù)遞減再到7月至12月的持續(xù)遞增,呈顯著的V字型。
【關(guān)鍵詞】:內(nèi)陸湖泊 遙感反演 經(jīng)驗(yàn)?zāi)P?/strong> 半分析模型 顆粒有機(jī)碳(POC)
【學(xué)位授予單位】:南京師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2015
【分類(lèi)號(hào)】:P332;TP79
【目錄】:
  • 摘要5-7
  • 英文摘要7-13
  • 第1章 緒論13-21
  • 1.1 選題背景及研究意義13-14
  • 1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展14-17
  • 1.2.1 POC反演研究現(xiàn)狀14-16
  • 1.2.2 水體光學(xué)分類(lèi)16-17
  • 1.3 研究目標(biāo)與研究?jī)?nèi)容17-18
  • 1.3.1 研究目標(biāo)17
  • 1.3.2 研究?jī)?nèi)容17-18
  • 1.3.3 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題18
  • 1.4 論文技術(shù)路線(xiàn)18-19
  • 1.5 論文結(jié)構(gòu)19-21
  • 第2章 研究區(qū)與數(shù)據(jù)21-30
  • 2.1 研究區(qū)概況21-22
  • 2.2 地面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取22-28
  • 2.2.1 地面實(shí)驗(yàn)時(shí)間及點(diǎn)位22
  • 2.2.2 表觀(guān)光學(xué)量的測(cè)量22-23
  • 2.2.3 固有光學(xué)量的測(cè)量23-25
  • 2.2.4 水質(zhì)參數(shù)的測(cè)量25-28
  • 2.3 遙感影像數(shù)據(jù)的獲取及預(yù)處理28-30
  • 第3章 內(nèi)陸湖泊POC濃度反演經(jīng)驗(yàn)?zāi)P蜆?gòu)建30-41
  • 3.1 大洋一類(lèi)水體POC濃度反演模型適用性檢驗(yàn)30-31
  • 3.2 內(nèi)陸湖泊POC來(lái)源分析31-32
  • 3.3 內(nèi)陸湖泊POC濃度估算經(jīng)驗(yàn)?zāi)P蜆?gòu)建32-35
  • 3.3.1 單波段POC濃度反演模型33
  • 3.3.2 雙波段POC濃度反演模型33-35
  • 3.4 基于水體光學(xué)分類(lèi)的POC兩步估算(two-step)方法35-40
  • 3.4.1 水體光學(xué)分類(lèi)研究35-37
  • 3.4.2 分類(lèi)估算模型構(gòu)建及精度驗(yàn)證37-40
  • 3.5 小結(jié)40-41
  • 第4章 內(nèi)陸湖泊POC半分析反演算法初步研究41-53
  • 4.1 POC濃度與吸收系數(shù)相關(guān)性分析41-42
  • 4.2 基于非色素顆粒物吸收的POC反演及非色素顆粒物吸收估算模型研究.42-47
  • 4.2.1 基于非色素顆粒物吸收的POC反演模型42-43
  • 4.2.2 非色素顆粒物吸收系數(shù)的估算43-47
  • 4.3 基于生物光學(xué)模型的POC半分析模型構(gòu)建及精度驗(yàn)證47-51
  • 4.4 小結(jié)51-53
  • 第5章 POC反演模型應(yīng)用實(shí)例—以太湖為例53-62
  • 5.1 基于MODIS數(shù)據(jù)的太湖POC反演模型的構(gòu)建及精度驗(yàn)證53-55
  • 5.1.1 模型參數(shù)率定53-54
  • 5.1.2 MODIS影像大氣校正及適用性驗(yàn)證54-55
  • 5.2 2013年太湖地區(qū)POC濃度季節(jié)性變化及月變化分析55-61
  • 5.2.1 2013年太湖POC濃度季節(jié)性變化情況55-57
  • 5.2.2 2013年太湖POC濃度月變化情況57-61
  • 5.3 小結(jié)61-62
  • 第6章 結(jié)論與展望62-65
  • 6.1 文章主要結(jié)論與創(chuàng)新62-63
  • 6.1.1 主要結(jié)論62-63
  • 6.1.2 創(chuàng)新點(diǎn)63
  • 6.2 不足之處63-64
  • 6.3 未來(lái)展望64-65
  • 參考文獻(xiàn)65-69
  • 碩士期間研究成果69-70
  • 致謝70

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 施坤;李云梅;劉忠華;徐yN凡;徐昕;吳傳慶;朱利;;基于不同光譜主導(dǎo)因子的內(nèi)陸湖泊水體葉綠素濃度三波段反演模型研究[J];環(huán)境科學(xué);2010年12期

2 叢丕福;曲麗梅;韓庚辰;楊新梅;;海洋顆粒有機(jī)碳的遙感探測(cè)與應(yīng)用分析[J];海洋環(huán)境科學(xué);2012年02期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 張紅;基于遙感反射率分類(lèi)的懸浮物濃度反演模型構(gòu)建[D];南京師范大學(xué);2011年

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本文編號(hào):1024665


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