發(fā)布時間：2018-04-20 21:25

  本文選題：渤海 + 非光學活性水質參數(shù)　； 參考：《中國科學院煙臺海岸帶研究所》2017年博士論文

【摘要】：渤海作為中國最北部的內海,受環(huán)渤海經(jīng)濟圈的發(fā)展影響,陸源污染物的輸入造成海洋生態(tài)環(huán)境惡化,富營養(yǎng)化程度嚴重,赤潮等災害頻發(fā),迫切需要獲取宏觀準確、周期性和時效性強的水質監(jiān)測數(shù)據(jù)來了解渤海海水環(huán)境及其變化狀況。傳統(tǒng)的水文觀測站、出海船舶實地測量方法,投入產(chǎn)出比低,受自然環(huán)境和天氣狀況等多種因素影響制約,無法獲取大范圍、周期性的觀測數(shù)據(jù),而遙感監(jiān)測技術具有宏觀性、時效性和周期性強等優(yōu)勢,且可提供多種格式的不同時間分辨率、空間分辨率、光譜分辨率和輻射分辨率的海洋觀測數(shù)據(jù),為海洋水質環(huán)境監(jiān)測和保護提供了海量的數(shù)據(jù)支持,目前,海洋遙感發(fā)展迅猛,已形成了完整系統(tǒng)的海洋監(jiān)測體系,在海洋物理遙感和海洋水色遙感方面已取得了很多成就。本文針對目前海洋水質參數(shù)定量遙感集中于葉綠素、溫度和黃色物質等光學活性水質參數(shù),而對非光學活性水質參數(shù)研究很少的現(xiàn)狀,依據(jù)出海航次調查數(shù)據(jù)和采集水樣實驗室測定數(shù)據(jù),選取了營養(yǎng)鹽濃度、碳組分濃度和鹽度為研究對象,以遙感定量反演為目標,通過分析三類非光學活性水質參數(shù)的遙感反演機理,嘗試建立營養(yǎng)鹽濃度、碳組分濃度和鹽度非光學活性水質參數(shù)定量反演模型,并對建成的反演模型在長時間序列上的適用性進行了分析和評價。本文的主要研究內容為:(1)建立非光學活性水質參數(shù)遙感定量反演數(shù)據(jù)集。對出海航次采集水樣進行實驗室分析,獲取其營養(yǎng)鹽濃度、碳組分濃度和黃色物質(CDOM)濃度,利用ENVI遙感圖像處理軟件對下載MODIS遙感圖像數(shù)據(jù)進行預處理,提取與出海航次時間上匹配的采樣站位海水遙感反射率數(shù)據(jù),建立營養(yǎng)鹽濃度、碳組分濃度和鹽度遙感定量反演數(shù)據(jù)集。(2)探索非光學活性水質參數(shù)遙感定量反演機理。分析非光學活性水質參數(shù)與MODIS波段反射率的相關性,探討直接法在非光學活性水質參數(shù)遙感定量反演中的適用性;分析營養(yǎng)鹽濃度與濁度之間、碳組分濃度與CDOM濃度之間、鹽度與CDOM之間的相關性,探討間接法在非光學活性水質參數(shù)遙感定量反演中的適用性;明確三類非光學活性水質參數(shù)遙感定量反演機理,設立合理的建模方案。(3)非光學活性水質參數(shù)遙感定量模型建立、精度驗證和適用性評價。分析遙感反射率與實測反射率之間的等價關系,建立等價比值變量,利用與不同的非光學活性水質參數(shù)顯著相關的波段比值,以多元逐步回歸模擬反演不同營養(yǎng)鹽濃度和不同碳組分濃度,以單變量回歸模擬反演鹽度,以獨立數(shù)據(jù)集對反演模型進行精度驗證,評價反演模型在長時間序列上的適用性。研究結果表明:(1)渤海表面不同營養(yǎng)鹽濃度與MODIS不同波段反射率之間相關性不同,差異明顯,且相關性顯著水平不足以建立穩(wěn)健的定量反演模型;基于等價變換的遙感波段比值與營養(yǎng)鹽濃度相關性顯著性水平足夠高,適用于渤海的營養(yǎng)鹽濃度遙感定量反演;基于直接法和多元逐步回歸擬合的渤海全區(qū)建模反演與渤海分區(qū)建模反演結果相似,即無論是渤海全區(qū)建模反演還是渤海分區(qū)建模反演,硝態(tài)氮和總無機氮總體反演精度均比較高,亞硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和磷酸鹽反演精度總體均比較低。(2)萊州灣表面不同碳組分濃度與MODIS不同波段反射率之間相關性不同,差異明顯,且相關性顯著水平不足以建立穩(wěn)健的定量反演模型;基于等價變換的遙感波段比值與碳組分濃度相關性顯著,適用于萊州灣的碳組分濃度遙感定量反演;基于直接法和多元逐步回歸擬合的萊州灣碳組分濃度定量反演的精度很高,反演結果與事實相符。(3)渤海表面鹽度與MODIS不同波段反射率之間相關性顯著水平不足以建立穩(wěn)健的定量反演模型;因渤海表面鹽度與光學活性水質參數(shù)CDOM之間呈顯著負相關關系,以CDOM為中間變量,利用間接法和單變量回歸擬合進行渤海表面鹽度反演的精度很高,反演算法簡單直觀,穩(wěn)定性強,反演精度結果與事實相符,且適用于長時間序列的遙感定量反演。本文的創(chuàng)新點主要表現(xiàn)在兩個方面:(1)基于遙感反射率與實測反射率之間的等價關系,發(fā)展了遙感等價波段比值變量,解決了無實測海水光譜數(shù)據(jù)的問題,提高了建模精度。(2)探索了渤海表面營養(yǎng)鹽濃度、碳組分濃度和鹽度遙感定量反演機理,驗證了三類非光學活性水質參數(shù)遙感定量反演的可行性。綜上所述,本研究從營養(yǎng)鹽濃度、碳組分濃度和鹽度三類非光學活性水質參數(shù)遙感定量反演機理分析出發(fā),基于出海航次實測數(shù)據(jù)和水樣實驗室測定數(shù)據(jù)的分析處理,結合遙感圖像處理流程,建立非光學活性水質參數(shù)遙感定量反演數(shù)據(jù)集,分析非光學活性水質參數(shù)與遙感波段反射率和波段比值之間的相關性,探索適用于不同水質參數(shù)的反演機理,設立合理可靠的定量反演方案,并對建成反演模型進行了適用性分析。研究結果可為完善海洋非光學活性水質參數(shù)遙感定量反演提供重要的科學依據(jù),研究思路和方法可為以后相關研究提供支持。
[Abstract]:In this paper , a quantitative inversion model of water quality parameters such as chlorophyll , temperature and yellow substance has been developed in the Bohai Sea as the inland sea in the north of China . ( 2 ) The correlation between the parameters of non - optically active water quality and MODIS band reflectivity is discussed , and the applicability of direct method in remote sensing quantitative inversion of non - optically active water quality parameters is discussed . ( 3 ) The correlation between the surface salinity of Bohai Sea and MODIS band reflectivity is not enough to establish a robust quantitative inversion model .

【學位授予單位】：中國科學院煙臺海岸帶研究所
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X87

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本文編號：1779518