【作者】 张伟
【关键词】 1A/1B HJ 水色遥感 总悬浮物浓度 鄱阳湖
【导师姓名】陈晓玲
【学位名称】博士
【学位年度】2012
【授予单位】武汉大学
【分类号】 X832
【录入时间】2017-05-14
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【摘要】鄱阳湖作为我国第一大淡水湖泊,具有明显的过水性、吞吐性典型湖泊特征,其总悬浮物浓度分布时间和空间差异较大。因此仅依靠地面点监测难以客观反映水体总悬浮物浓度时空变化规律。卫星遥感作为一种长时间和大范围获取地表信息的技术手段,在一定程度上能够解决水体监测野外观测不便、数据获取困难等问题。本文以时间序列的HJ-1A/1B卫星CCD传感器数据为数据源,以鄱阳湖水体总悬浮物浓度变化遥感监测为目标,开展模型算法研究与时空动态变化规律分析。本文主要研究成果如下：1. HJ-1A/1BCCD总悬浮物指数法遥感监测。考虑内陆水体复杂特性,综合对比分析不同卫星光学遥感器数据,以鄱阳湖浑浊水体为典型研究区域,选用了较高时间、空间分辨的HJ-1A/1B卫星CCD数据,尝试遥感监测鄱阳湖水体总悬浮物浓度。提出了一种总悬浮物指数TSMI (Total Suspended Matter Index)的遥感监测方法,以CCD瑞利散射校正后的遥感反射率结果作为数据输入,分析CCD红光通道指数在不同浑浊程度水体中总悬浮物浓度所表现的基线高度的变化,有效解决了浑浊水体传统水色遥感大气校正处理中分子-气溶胶多次散射信号剔除困难的问题,能达到较高的监测精度,提高了非水色遥感器在浑浊水体区域的遥感应用潜力。2.考虑悬浮物粒径分布的TSMI旨数总悬浮物浓度反演。以2008年、2009年和2011年三个航次的鄱阳湖野外LISST (Laser In-Situ Scattering and Transmissometry)激光粒径分析仪现场数据为基础,综合分析基于HJ-1A/1B CCD传感器数据TSMI指数与悬浮物浓度之间的关系。重点考虑水体不同粒径分布的悬浮颗粒物对光谱的敏感程度与总悬浮物质量浓度的影响,并应用实测数据对反演结果进行精度验证和评价。该方法能有效避免传统浑浊水体遥感大气校正和总悬浮物浓度反演相结合的多级模型误差的累积效应,能有效提高约10%的总悬浮物浓度遥感反演精度。3.鄱阳湖总悬浮物浓度时空变化规律研究。选取鄱阳湖151景无云HJ-1A/1B卫星CCD传感器数据,应用TSMI总悬浮物浓度遥感反演结果,分析鄱阳湖近4年来水体总悬浮物浓度时空分布格局及其变化趋势。实验结果显示：从2009年-2011年鄱阳湖水体总悬浮物浓度具有明显的季节性特征,枯水期总悬浮物浓度较高,丰水期较低。鄱阳湖南北两个湖区水体总悬浮物浓度空间分布差异较大,分析总悬浮物浓度的日、季相、年际变化特征,南湖区水体总悬浮物浓度年际变化不大,北湖区持续升高,南北湖区差异有增加的趋势,主要原因是位于鄱阳湖中部的主采砂区近几年来采砂活动频繁和采砂强度增加的影响。4.基于HJ-1A/1B CCD数据的采砂区遥感监测。结合鄱阳湖总悬浮物浓度遥感反演时序统计结果,分析鄱阳湖南北湖区水体总悬浮物浓度时空分布差异特征,考虑水体总悬浮物浓度空间分布年际差异变化,确定采砂区范围并分析采砂活动强度,结合采砂区实测水深数据,估算采砂量。结果显示：从2009-2011年间,位于鄱阳湖松门山岛的主采砂区年采砂量在6000万吨以上,采砂强度有逐年增加的趋势。...
【全文】鄱阳湖作为我国第一大淡水湖泊,具有明显的过水性、吞吐性典型湖泊特征,其总悬浮物浓度分布时间和空间差异较大。因此仅依靠地面点监测难以客观反映水体总悬浮物浓度时空变化规律。卫星遥感作为一种长时间和大范围获取地表信息的技术手段,在一定程度上能够解决水体监测野外观测不便、数据获取困难等问题。本文以时间序列的HJ-1A/1B卫星CCD传感器数据为数据源,以鄱阳湖水体总悬浮物浓度变化遥感监测为目标,开展模型算法研究与时空动态变化规律分析。本文主要研究成果如下：1. HJ-1A/1BCCD总悬浮物指数法遥感监测。考虑内陆水体复杂特性,综合对比分析不同卫星光学遥感器数据,以鄱阳湖浑浊水体为典型研究区域,选用了较高时间、空间分辨的HJ-1A/1B卫星CCD数据,尝试遥感监测鄱阳湖水体总悬浮物浓度。提出了一种总悬浮物指数TSMI (Total Suspended Matter Index)的遥感监测方法,以CCD瑞利散射校正后的遥感反射率结果作为数据输入,分析CCD红光通道指数在不同浑浊程度水体中总悬浮物浓度所表现的基线高度的变化,有效解决了浑浊水体传统水色遥感大气校正处理中分子-气溶胶多次散射信号剔除困难的问题,能达到较高的监测精度,提高了非水色遥感器在浑浊水体区域的遥感应用潜力。2.考虑悬浮物粒径分布的TSMI旨数总悬浮物浓度反演。以2008年、2009年和2011年三个航次的鄱阳湖野外LISST (Laser In-Situ Scattering and Transmissometry)激光粒径分析仪现场数据为基础,综合分析基于HJ-1A/1B CCD传感器数据TSMI指数与悬浮物浓度之间的关系。重点考虑水体不同粒径分布的悬浮颗粒物对光谱的敏感程度与总悬浮物质量浓度的影响,并应用实测数据对反演结果进行精度验证和评价。该方法能有效避免传统浑浊水体遥感大气校正和总悬浮物浓度反演相结合的多级模型误差的累积效应,能有效提高约10%的总悬浮物浓度遥感反演精度。3.鄱阳湖总悬浮物浓度时空变化规律研究。选取鄱阳湖151景无云HJ-1A/1B卫星CCD传感器数据,应用TSMI总悬浮物浓度遥感反演结果,分析鄱阳湖近4年来水体总悬浮物浓度时空分布格局及其变化趋势。实验结果显示：从2009年-2011年鄱阳湖水体总悬浮物浓度具有明显的季节性特征,枯水期总悬浮物浓度较高,丰水期较低。鄱阳湖南北两个湖区水体总悬浮物浓度空间分布差异较大,分析总悬浮物浓度的日、季相、年际变化特征,南湖区水体总悬浮物浓度年际变化不大,北湖区持续升高,南北湖区差异有增加的趋势,主要原因是位于鄱阳湖中部的主采砂区近几年来采砂活动频繁和采砂强度增加的影响。4.基于HJ-1A/1B CCD数据的采砂区遥感监测。结合鄱阳湖总悬浮物浓度遥感反演时序统计结果,分析鄱阳湖南北湖区水体总悬浮物浓度时空分布差异特征,考虑水体总悬浮物浓度空间分布年际差异变化,确定采砂区范围并分析采砂活动强度,结合采砂区实测水深数据,估算采砂量。结果显示：从2009-2011年间,位于鄱阳湖松门山岛的主采砂区年采砂量在6000万吨以上,采砂强度有逐年增加的趋势。