基于多源遙感數(shù)據(jù)的月表物質(zhì)組分含量反演方法對比分析

發(fā)布時間：2020-03-29 11:12

【摘要】：自古以來,浩瀚星空一直吸引著人類的探索與研究。浩渺宇宙,空間的探測使得人類能夠增進對地球以及地月演化的認(rèn)識,對于人類文明的進步具有及其重要的意義。從20世紀(jì)50年代之后,人類開始對月球進行多次探測器發(fā)射并著陸采樣。全球各國紛紛制定具有本國特色的探月計劃從而對神秘的月球進行一系列探測。在一系列探測中,獲取了光譜以及分辨率多樣的數(shù)據(jù),例如Apollo光譜數(shù)據(jù),Clementine光譜數(shù)據(jù),LRO Diviner熱紅外數(shù)據(jù),嫦娥工程所獲取的一系列數(shù)據(jù),日本的月亮女神號數(shù)據(jù),歐空局的Sentinel數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)類型繁多,而使用上述數(shù)據(jù)進行月表物質(zhì)組分反演的方法也類型多樣。不同國家在月球探測方面有著不同探測數(shù)據(jù),然而面對月球物質(zhì)組分反演這一研究領(lǐng)域,不同數(shù)據(jù)不同反演方法的反演結(jié)果、誤差精度有無一致性,是月表物質(zhì)組分分析不得不面對的問題。中國繞月飛行嫦娥工程即將發(fā)射取樣衛(wèi)星,中國嫦娥探月工程預(yù)計將于2020年發(fā)射取樣衛(wèi)星,月球樣品的獲取標(biāo)志著中國探月科技的進步。如何將嫦娥工程帶回的樣品應(yīng)用好,選取適合的數(shù)據(jù)進行月表物質(zhì)組分的反演是亟待解決的重要問題。因此本文綜合利用國內(nèi)外相關(guān)光譜數(shù)據(jù),Clementine數(shù)據(jù)、嫦娥一號IIM數(shù)據(jù)、LRO Diviner數(shù)據(jù)、美國RELAB光譜庫的實驗室實測光譜數(shù)據(jù)以及LSCC樣品數(shù)據(jù),以Apollo17登月區(qū)為實驗區(qū),對該地區(qū)的主要元素及礦物組分進行反演分析,通過獲取樣品實測值與反演值的相對誤差,開展對現(xiàn)有的主流光譜數(shù)據(jù)及主要反演模型方法進行系統(tǒng)的梳理。分析對比不同數(shù)據(jù)及反演方法的有效性,明確不同元素的最優(yōu)反演參考模型。并以虹灣區(qū)域為應(yīng)用試驗區(qū),獲取虹灣區(qū)域月表主要元素、礦物的分布規(guī)律。將Clementine數(shù)據(jù)、嫦娥一號IIM數(shù)據(jù)、LRO Diviner數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)獲取的元素反演結(jié)果與月表實測樣品數(shù)據(jù)進行分析擬合,以擬合優(yōu)度來檢測不同數(shù)據(jù)及反演模型的有效性。結(jié)果表明,三種數(shù)據(jù)之中,在采用文中所述反演模型情況下,對于FeO含量反演,Clementine數(shù)據(jù)FeO含量反演值擬合程度最好,R~2等于0.9247。而對于TiO_2含量反演,CE-1 IIM數(shù)據(jù)TiO_2含量反演值擬合程度最好,R~2等于0.7997。于Al_2O_3含量反演,Clementine數(shù)據(jù)對Al_2O_3含量反演效果最好,R~2為0.6833。進行月表主要礦物,輝石及斜長石含量主要反演模型方法的系統(tǒng)梳理。經(jīng)過研究分析,對于輝石含量反演,Clementine數(shù)據(jù)輝石含量反演值擬合優(yōu)度最好,R~2等于0.7586;IIM數(shù)據(jù)輝石含量反演次之,R~2為0.5264;Diviner數(shù)據(jù)輝石含量反演僅為0.5074,所以對于輝石含量的反演采用Clementine數(shù)據(jù)最好。而對于斜長石含量反演,CE-1 IIM數(shù)據(jù)反演值與實測值相比偏大,趨勢線具有一定偏離角,導(dǎo)致R~2僅為0.5339;Clementine數(shù)據(jù)含量反演值具有較好的擬合程度,R~2為0.7171;Diviner數(shù)據(jù)反演值擬合優(yōu)度較低,表明反演效果并沒有以上兩種數(shù)據(jù)優(yōu)良,R~2僅為0.4513。將元素反演模型應(yīng)用于虹灣區(qū)域,獲得了三種數(shù)據(jù)關(guān)于FeO,TiO_2,Al_2O_3主要元素的定量反演結(jié)果。經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn),元素含量有著明顯分區(qū),三種數(shù)據(jù)中FeO及TiO_2均值差別不大,平均含量均在11.6wt.%,2.4wt.%左右,而Al_2O_3含量數(shù)據(jù)差別較大,IIM數(shù)據(jù)與Diviner數(shù)據(jù)均值相差約6.4wt.%,表明Diviner數(shù)據(jù)對于反演Al_2O_3擬合度不高。在虹灣區(qū)域應(yīng)用反演模型,進行月表斜長石以及輝石定量反演。虹灣地區(qū)的物分布大致可以分為冷海,環(huán)形山高地以及雨海三個區(qū)域。冷海與高地部分主導(dǎo)礦物均為斜長石,雨海區(qū)域主導(dǎo)礦物為輝石。在冷海區(qū)域斜長石整體含量偏高,高地區(qū)域的含量中等,基本約為20-30wt.%之間,Clementine數(shù)據(jù)、IIM數(shù)據(jù)、LRO Diviner數(shù)據(jù)眾數(shù)分別為17.79wt.%、23.53wt.%、23.06wt.%。在IIM以及Clementine數(shù)據(jù)直方圖中含量峰值在10wt.%左右,均值均在8wt.%左右;而在Diviner數(shù)據(jù)中含量峰值偏低,僅為7.40wt.%,均值也偏低�？赡苁且驗镈iviner數(shù)據(jù)條帶缺失較為嚴(yán)重,與實際輝石在月球表面分布情況具有一定差距。通過將反演模型應(yīng)用在虹灣區(qū)域,運用含量分布圖以及含量直方圖進行分析,獲取了虹灣地區(qū)不同區(qū)域礦物分布規(guī)律。
【圖文】：

發(fā)射率光譜,硅酸鹽礦物,除鈦