【摘要】：近年來,伴隨著習近平總書記的“綠水青山就是金山銀山”的精辟倡導,國家生態(tài)環(huán)境保護得到社會各界高度重視。水體富營養(yǎng)化防治作為“綠水青山類課題”更是學界義不容辭的科研任務。葉綠素a是水體富營養(yǎng)化評價的重要指標,它是浮游植物光合作用最主要的色素,也是衡量其生物量的重要參數(shù)。以衛(wèi)星遙感技術對葉綠素a濃度進行反演估算具有范圍廣、時效性高、連續(xù)性強與經(jīng)濟成本低等優(yōu)勢,目前在水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測領域發(fā)揮著越來越重要的作用。長時序連續(xù)同步觀測的衛(wèi)星遙感資料為葉綠素a濃度的時空變化規(guī)律與其對物理環(huán)境多尺度動態(tài)變化的響應機制研究提供了可靠的數(shù)據(jù)來源。然而,受到天氣條件、衛(wèi)星傳感器運行故障等因素的影響,衛(wèi)星遙感葉綠素a濃度數(shù)據(jù)存在大量、無規(guī)律的缺失。另外,常見的時間分辨率較高的衛(wèi)星遙感葉綠素a濃度數(shù)據(jù)空間分辨率普遍偏低,無法提供小尺度區(qū)域具體信息,難以在區(qū)域尺度進行應用。這兩個問題嚴重制約了衛(wèi)星遙感葉綠素a濃度資料的應用,限制了水生態(tài)環(huán)境的遙感監(jiān)測技術的推廣。因此,建立合理的數(shù)據(jù)重構與降尺度方法,獲得高空間分辨率、完整的葉綠素a濃度數(shù)據(jù)集對擴展遙感數(shù)據(jù)應用廣度,提高遙感數(shù)據(jù)利用效率具有重要的意義。針對以上問題,本文首先對傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的重構算法經(jīng)驗正交分解數(shù)據(jù)重構(DINEOF)進行改進,提出了可變模糊聚類DINEOF重構算法(VF-DINEOF)。隨后,為實現(xiàn)小尺度水域遙感監(jiān)測,提出了基于降尺度的遙感數(shù)據(jù)融合方法,有效提高了高時間分辨率衛(wèi)星遙感葉綠素a產(chǎn)品的空間分辨率。最后,利用上述方法,獲得了完整的葉綠素a濃度與相關環(huán)境因子遙感數(shù)據(jù)集,對渤海海域多年葉綠素a濃度時空變化特征與驅(qū)動機制進行了系統(tǒng)的研究與分析。全文主要內(nèi)容與成果如下:(1)基于傳統(tǒng)DINEOF算法對渤海海域2003～2014年MODIS衛(wèi)星遙感葉綠素a濃度日均值數(shù)據(jù)集進行重構,并對重構精度進行分析。在此基礎上,針對原算法缺陷,將可變模糊集思想引入重構過程。通過可變模糊聚類迭代模型對海域進行深度分區(qū),提出了 VF-DINEOF重構算法。改進算法結果與原數(shù)據(jù)的相關系數(shù)提高了 10%,誤差降低了 50%,且改進算法比原算法收斂快40%,方差貢獻率高6%,有效提高了重構算法精度與模型運行效率。(2)提出了基于降尺度的遙感數(shù)據(jù)融合方法,將分辨率4km的MODIS衛(wèi)星遙感葉綠素a濃度與分辨率30 m的Landsat 8 OLI波段反射率數(shù)據(jù)相融合,實現(xiàn)了研究區(qū)范圍內(nèi)2013～2014年春夏季葉綠素a濃度降尺度,并最終得到30 m分辨率的葉綠素a濃度的空間分布圖譜。利用海上現(xiàn)場采樣數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)融合結果進行了精度分析,結果表明,數(shù)據(jù)融合結果與實測數(shù)據(jù)具有顯著線性相關關系,且誤差滿足35%精度要求,具有一定的可信度。降尺度數(shù)據(jù)融合結果能夠較好的反映研究區(qū)葉綠素a濃度空間分布,將MODIS L3葉綠素a濃度數(shù)據(jù)空間分辨率有效地提高至30m,更好的反映了研究區(qū)富營養(yǎng)化基本情況。(3)應用VF-DINEOF對遙感反演葉綠素a濃度與相關環(huán)境因子數(shù)據(jù)進行重構,獲得時空全覆蓋、全系列的渤海海域全時空精細化衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)集,并對重構葉綠素a數(shù)據(jù)時空動態(tài)分布特征進行分析。利用經(jīng)驗正交函數(shù)分析法,探明了其時空變化最主要的特征,在空間分布上,渤海表層葉綠素a濃度空間差異顯著,在靠近陸域、赤潮頻發(fā)的淺層水域濃度偏高。在季節(jié)變化上,葉綠素a濃度有明顯季節(jié)變化特征,渤海灣、萊州灣與遼東灣三個海灣均呈春、夏季雙峰分布,冬季量值最低。利用Mann-Kindle非參數(shù)檢驗與Hurst指數(shù)綜合分析方法探求了葉綠素a年際長期變化趨勢與未來發(fā)展態(tài)勢。渤海葉綠素a濃度演化的主要流動軌跡具體表現(xiàn)為70%以上海域春、夏、冬季葉綠素a濃度呈持續(xù)增長趨勢,60%以上海域在秋季呈持續(xù)降低趨勢。葉綠素a在春、夏季與海表溫度正相關,秋、冬季負相關;春、夏、秋季與光合有效輻射負相關;秋、冬季節(jié)與風速負相關。另外,水動力條件、徑流輸入、沿岸人類活動、懸浮物濃度均在一定程度上影響葉綠素a濃度。近岸海域葉綠素a濃度偏高的特征反映了其富營養(yǎng)化和赤潮問題發(fā)生風險較高,更加值得學界關注。
【圖文】：

逡逑本文的組織結構框架如下圖１．１所示：逡逑緒論（第一章）逡逑Ｉ逡逑研宄區(qū)域水環(huán)境特點與資料采集逡逑（第二章）逡逑邐Ｉ邐Ｉ邐逡逑－邐基于可變模糊聚類的改進、邐近岸海域葉綠素ａ多源遙感數(shù)據(jù)降、逡逑，邐ＤＩＮＥＯＦ數(shù)據(jù)重構方法邐、邐／邐尺度融合方法邐、逡逑／邐（第三章／創(chuàng)新點１）邐＼邐／邐（第四章／創(chuàng)新點２）邐＼逡逑Ｉ邋￣｜邐￣邐＇邐＾１邐邐＾邐Ｉ邋－邐邐邋｜逡逑＼邋ＩｒＤｌＮＥＯＦ－！邐，逡逑＼邐Ｉ邋重構試邐糊聚類邋Ｉ邋／邐＼、丨率Ｍ０ＤＩＳｔ￣ｉ邋ｌａｎｄｓａｔ邋］￣Ｉ邋／逡逑＼邋Ｌ驗」Ｌ改進１邋，邐、丨數(shù)據(jù)！！數(shù)據(jù)逡逑、１邐］邐一邐，逡逑＇邐邐邐ｒ逡逑ｚ邐ｓ．邐逡

２．２．１邐自然地理特征逡逑渤海位于我國大陸東部，是中國的內(nèi)海，其地理位置位于３７°０７＾４１°０（Ｔ邋Ｎ，，逡逑１１７°３５＇？１２１°１０＇Ｅ之間。其西、南、北三面被陸地包圍，僅東面與黃海相連（圖２．１）。逡逑渤海是陸架淺海盆地，海底地勢自渤海中部與渤海海峽起向萊州灣、渤海灣、遼東灣三逡逑個海灣平緩坡起，平均坡度０＇２８＂。渤海水深較淺，平均水深僅１８邋ｍ，１０邋ｍ以下淺海逡逑占渤海面積的２６％，其中以河口地區(qū)水深最淺，如海河口、遼河口水深約５邋ｍ，黃河口逡逑最淺水深僅為０．５邋ｍ；潮海最大水深約８６邋ｍ，位于澈海海峽老鐵山水道附近［８１］。逡逑－１４－逡逑
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X87

【參考文獻】

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本文編號：2680438