长江口水体表层泥沙浓度的遥感反演与分析

1、长江口水体表层泥沙浓度的遥感反演与分析【摘要】：水体悬浮泥沙浓度监测在海岸带环境管理中有重要的意义。 常规船测法的成本较高，并且覆盖空间范围小，同步站点较少。卫星 遥感数据具有明显的时间与空间优势，成为近岸H类水体悬浮泥沙浓 度反演与动态分析的重要数据源。本文以长江口及其附近水域为研究 区，主要开展了以下工作：1）现场水体光谱测量。用 ASDFieldSpec 光谱仪现场测量长江口 H类水体的反射率高光谱， 同步采集表层0.5m 深处的水样，带回实验室用过滤称重法计算水样的泥沙浓度；同步测量流速、水体浊度等要素。2）对光谱数据进行处理，去除天空光等影 响，计算水体的遥感反射率。光谱数据筛选，取

2、平均以及一阶微分导 数处理。3）分析水体反射率光谱的特征及其对表层泥沙浓度响应；基 于最小二乘法，分别建立光谱反射率与泥沙浓度之间的指数形式和幕 函数形式的拟合方程。选择对应常用卫星传感器波段，并且对泥沙浓 度敏感的波长，建立泥沙浓度和光谱反射率之间的统计回归模式。4）对卫星遥感数据进行处理，然后从遥感数据中反演水体表层悬浮泥沙 浓度；借助多期AVHRR和TM遥感影像反演的结果，对长江口泥沙 分布进行遥感监测和分析。取得的成果和结论：1）水体反射光谱曲线 随泥沙浓度不同而变化，并且存在两个反射峰 （560720nm和790 830nm）;波长大于500nm的光谱反射率与悬浮泥沙浓度之间具有明

3、显的相关性，特别是690830nm的相关系数大于0.8，对泥沙浓度 较为敏感。2）基于最小二乘法，建立水体泥沙浓度和反射率之间的统yiT论女為表&冢计回归模式，结果表明，利用715nm波长的光谱反射率与泥沙浓度的指数拟合回归方程对泥沙浓度估算的效果优于幕函数形式；用670nm、715nm和800nm波段建立的指数方程比 810nm和860nm波 段的指数方程的拟合程度高。参照常用卫星传感器的波段设置， 建立 了泥沙浓度和AVHRR、MODIS和TM对应波段反射率之间的统计回 归模式。3）选择AVHRR、MODIS和TM数据作为主要数据源，对水 体表层的泥沙浓度进行反演。根据不同时相遥感

4、数据的结果，分析了 长江口泥沙的分布受季节变化、潮流和径流影响的模式。特别是通过 多年数据的分析发现，1998年、2004年和2006年分别为径流来水特 丰、平水和特枯年，径流量变化对长江口泥沙分布格局有显著影响。【关键词】：遥感高光谱悬浮泥沙浓度长江口II类水体【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2007【分类号】：P237;TV148.1【目录】:摘要7-8ABSTRACT8-10附图10-12附表12-13目录13-15 第一章绪论 15-241.1选题背景和研究意义15-181.1.1选题背景15-181.1.2研究意义181.2国内外研究进展18-211

5、.3研究思路和全文 内容21-24第二章水色遥感的理论基础24-362.1水色遥感的原理C易发表用yiT 论女第表匸冢24-282.1.1水体分类24-252.1.2水色遥感的物理参量 25-262.1.3离水 辐亮度对传感器接收信号的贡献26-282.2水色遥感常用的传感器类型28-312.2.1水色卫星系列传感器28-302.2.2其它卫星传感器30-312.3水色要素反演算法模式 31-342.3.1经验-统计法3123.2模型 分析法31-332.3.3半经验-半分析法33-342.4关键问题342.5小结 34-36第三章水体光谱测量与统计模式分析36-593.1水体光谱测量原理37

6、3.2水面以上光谱测量规范与实验37-393.2.1观测几何角度37-383.2.2光谱仪参数设置383.2.3光谱测量流程38-393.3光谱数据 处理39-413.3.1数据筛选393.3.2数据变换39-413.4水体光谱分析 41-443.4.1水体光谱特征规律41-423.4.2高光谱数据分析42-443.5SSC 统计回归模式分析44-573.5.1定量模型的数学形式44-463.5.2峰值反 射率与SSC回归分析46-483.5.3基于AVHRR波段的SSC统计回归 模式48-503.5.4基于MODIS波段的SSC统计回归模式50-543.5.5基 于TM波段的SSC统计回归模

7、式54-573.6小结57-59第四章遥感数 据处理与泥沙浓度反演59-744.1遥感数据的辐射校正模式59-624.1.1 基于地面实测分析法59-604.1.2基于图像信息法60-614.1.3基于大气 辐射传输理论61-624.2遥感数据处理与分析624.3基于AVHRR数据 的泥沙浓度反演62-674.3.1AVHRR数据处理63-654.3.2基于AVHRR 的泥沙浓度反演65-674.4基于MODIS数据的泥沙浓度反演 67-724.4.1MODIS数据预处理67-704.4.2基于MODIS的泥沙反演 70-724.5基于TM数据的泥沙浓度反演72-734.5.仃M数据预处理 72-734.5.2基于TM悬浮泥沙反演734.6小结73-74第五章长江口表层泥沙浓度遥感监测和分析74-945.1长江口概况74-755.2长江口泥沙分布规律75-765.3影响因素76-80531来水来沙变化76-775.3.2潮流与环流77-785.3.3地形地貌785.3.4气候与天气78-795.3.5人类活动79-805.4基于遥感的水体泥沙监测分析 80-935.4.1长江口悬浮泥沙分布模式80-845.4.2季节变化与泥沙分布84-875.4.3潮汐周