發(fā)布時間：2020-06-22 08:55

【摘要】：二類水體包括海岸帶水體、湖泊、河流等。由于二類水體光學(xué)組分的復(fù)雜性以及地區(qū)差異性,目前仍然沒有具有較強(qiáng)通用性的二類水體葉綠素a濃度遙感估算算法,極大地限制了遙感技術(shù)在二類水體富營養(yǎng)化監(jiān)測、初級生產(chǎn)力估算、碳匯能力評價(jià)等方面的應(yīng)用廣度和深度。缺乏具有較強(qiáng)適用性的葉綠素a濃度估算模型以及較強(qiáng)穩(wěn)定性的大氣校正模型是制約全球尺度或者區(qū)域尺度二類水體葉綠素a濃度估算的主要原因。本研究針對這兩個關(guān)鍵問題,分別構(gòu)建了一種可以用于不同光學(xué)特征二類水體的葉綠素a濃度估算半分析模型(UMOC)以及一種較為穩(wěn)定的大氣校正模型(DDV-WC),從而提高模型在二類水體遙感監(jiān)測中的適用性,為全國乃至全球范圍二類水體遙感監(jiān)測提供技術(shù)支持。研究內(nèi)容和得出的主要結(jié)論包括以下幾個方面:(1)在全球范圍內(nèi)收集到采集于18個不同研究區(qū)共1121個樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)。在分析不同二類水體遙感反射率、水體固有光學(xué)特性變化的基礎(chǔ)上,提出了一種新的葉綠素a吸收峰附近非色素碎屑物質(zhì)(主要包括非色素顆粒物和黃色物質(zhì),簡稱為aym)吸收信號去除假設(shè)(aym(λ1) = ηaym(λ2) + (1 - η)aym(λ3))。當(dāng)λ1,λ2,λ3和η分別等于665, 560, 709nm和0.2時,該假設(shè)估算aym(665)的平均相對誤差僅為16.498%,相比于經(jīng)典三波段模型使用aym(709)估算aym(665)時的平均相對誤差65.168%,大大提高了葉綠素a吸收峰附近非色素碎屑物質(zhì)吸收信號的去除精度。在葉綠素a吸收峰附近非色素碎屑物質(zhì)吸收信號去除假設(shè),以及用于去除水體總后向散射(bb(λ))信號的近紅外波段位置判斷方法的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了一種新的二類水體葉綠素a濃度遙感估算模型(UMOC)。地面實(shí)測數(shù)據(jù)的驗(yàn)證結(jié)果表明,其葉綠素a濃度估算的平均相對誤差僅為30.418%,無論是對于“海灣”型二類水體還是“湖泊”型二類水體,都取得了穩(wěn)定可靠的葉綠素a濃度估算結(jié)果,18個研究區(qū)中僅在Terrebonne灣估算的平均相對誤差大于50%。UMOC模型用于模擬MERIS數(shù)據(jù)或者模擬Sentinel-2a數(shù)據(jù)時,其估算平均相對誤差與直接使用野外實(shí)測數(shù)據(jù)估算的平均相對誤差相差不大,都在30%左右。驗(yàn)證結(jié)果表明,UMOC模型是一種可以用于全球尺度或者區(qū)域尺度等宏觀尺度二類水體葉綠素a濃度遙感估算的半分析模型。(2)以太湖為研究區(qū),構(gòu)建了一種改進(jìn)的基于近岸濃密植被暗像元的二類水體大氣校正算法(DDV-WC)。DDV-WC算法的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下兩方面:(1)在氣溶膠的計(jì)算中增加了對相對濕度的考慮,并引入6種包含相對濕度的氣溶膠模型,與氣溶膠光學(xué)厚度實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析,遴選最合適的氣溶膠模式,提高了氣溶膠光學(xué)厚度估算的精度;(2)制訂了比通常暗像元選取更為嚴(yán)格的近岸濃密植被暗像元選擇規(guī)則(DDV-WC-Selection),驗(yàn)證結(jié)果表明,相比于MODIS標(biāo)準(zhǔn)算法的暗像元選取規(guī)則,DDV-WC-Selection選取規(guī)則能更加穩(wěn)定地剔除非濃密植被像元和混合像元,保證氣溶膠光學(xué)厚度反演的精度。將DDV-WC算法反演得到的大氣參數(shù)應(yīng)用于全湖大氣校正,結(jié)果表明無論對于MODIS影像還是同步MERIS影像,都取得了較為理想的結(jié)果。(3)結(jié)合構(gòu)建的二類水體葉綠素a濃度估算模型(UMOC)與大氣校正模型(DDV-WC),基于2002-2012年的MERIS影像對江蘇省大型湖泊太湖和洪澤湖進(jìn)行了長時間序列的葉綠素a濃度估算�；谛堑赝綌�(shù)據(jù)的驗(yàn)證結(jié)果表明,UMOC模型與DDV-WC模型相結(jié)合時,其估算結(jié)果穩(wěn)定可靠,可以用于二類水體葉綠素a濃度的時空變化分析。從葉綠素a濃度估算結(jié)果來看,太湖和洪澤湖葉綠素a濃度都有明顯的空間差異。太湖梅梁灣、竺山灣和開闊水體西北部沿岸葉綠素a濃度較高,開闊水域總體上從西北沿岸往湖中心方向呈現(xiàn)明顯的階梯狀遞減趨勢;洪澤湖北部的成子湖以及西部的溧河灣葉綠素a濃度較高,東部水域葉綠素a濃度較低。從季節(jié)變化來看,太湖葉綠素a濃度變化有顯著的季節(jié)性差異,而洪澤湖沒有表現(xiàn)出明顯的季節(jié)差異性。從年際變化看,太湖可以分為三個時期,呈現(xiàn)了較小(2003-2004年)-增大(2005-2008年)-減弱(2009-2011年)的趨勢;洪澤湖整體葉綠素a濃度變化的年際差異較小,但是成子湖葉綠素a濃度有明顯增加的趨勢。無論是太湖還是洪澤湖,在夏秋兩個季節(jié)葉綠素a濃度與風(fēng)速呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,近六十年來風(fēng)速逐漸下降的氣候大背景可能會加重江蘇省內(nèi)湖泊的富營養(yǎng)化程度。
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X87
【圖文】：

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本文編號：2725496