基于MODIS/Aqua和VIIRS/NPP卫星的悬浮物浓度遥感估算研究——以洪泽湖为例

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:anran520
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
悬浮物(Suspended particular matter,SPM)包含了水体中的有机、无机颗粒,是公认的直接衡量水体水质好坏的指标。高悬浮物浓度会降低水体透明度,限制光在水体中的传输,限制水体浮游生物和沉水植被的生长,影响初级生产力,从而影响湖泊生态环境的变化。传统的人工巡测由于时空尺度差且耗费巨大,难以在悬浮物浓度时空监测上发挥有效作用,卫星遥感具有连续、大范围、周期性观测的特点,是目前湖泊悬浮物浓度监测的常用技术手段。不同湖泊的水质情况千差万别,悬浮颗粒粒径与分布不同,导致难以建立统一的悬浮物遥感估算模型;同时,受自然因素和人类活动的影响,内陆湖泊悬浮物浓度时空差异大且变动迅速,对遥感卫星监测提出挑战。目前,MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiomete)传感器的信号已经产生剧烈衰减,面临随时可能停止运行的情况,亟需寻找MODIS的替代卫星延续湖泊环境的观测。新一代水色卫星传感器VIIRS(Visible Infrared Imager Radiometer Suite)在海洋的环境观测上得到了广泛验证,具备与MODIS相当甚至更优的观测性能,但是VIIRS是否能够用于内陆浑浊湖泊,延续MODIS在内陆湖泊的观测仍需验证。  本研究,以中国内陆第四大湖泊——洪泽湖为例,主要包括三部分研究内容:(1)基于大量野外观测数据,分析了水质参数与固有光学特性之间的关系,揭示了悬浮物浓度遥感反射率(Rrs)的变化特征,分别构建了适用于MODIS Aqua和VIIRS NPP卫星影像的悬浮物浓度估算模型;(2)基于2012-2015年洪泽湖区域的MODIS Aqua和VIIRS NPP的同步无云数据,评价了VIIRS/NPP和MODIS/Aqua的反射率产品和悬浮物浓度产品的一致性;(3)利用MODIS和VIIRS数据,重建了洪泽湖悬浮物浓度产品2002-2016年长时间序列数据集,科学解释了洪泽湖悬浮物浓度变化背后的驱动力。  结果表明:  (一)洪泽湖水体呈现高无机悬浮物浓度、低叶绿素a浓度的特征,表明洪泽湖是无机悬浮物主导的水体。实测遥感反射率和实测悬浮物浓度的建模分析表明红光、近红外波段的单波段模型是最适用于洪泽湖悬浮物浓度估算的模型(R2>0.75,RMSE<8.12mg/L)。利用卫星去除瑞利散射后的反射率Rrc建立了适用于MODIS Aqua和VIIRS NPP的洪泽湖悬浮物浓度卫星估算模型(MODIS:RMSE=7.86mg/L,UPD=14.46%;VIIRS:R2=0.73,RMSE=7.86mg/L,UPD=14.64%),该模型对于0-80mg/L悬浮物浓度范围有着最好的估算精度,适用于洪泽湖悬浮物浓度的估算。  (二)2012-2015年MODIS Aqua和VIIRS NPP一致性评价结果显示,MODIS和VIIRS的去除瑞利散射后的反射率数据(Rrc.Rayleigh-corrected reflectance)在红光(VIIRS:671nm、MODIS:645nm)和绿光波段(VIIRS:551nm、MODIS:555nm)具有很好的一致性,估算误差(UPD)在10%左右;利用红光波段建立的悬浮物浓度经验模型估算模型获取2012-2015年MODIS和VIIRS的悬浮物浓度产品,MODIS和VIIRS的悬浮物浓度产品的一致性对比结果显示二者具有很好的一致性(0-150mg/L SPM:R2=0.81,UPD<16%,0-80mg/L SPM:R2=0.85,UPD<12%),表明VIIRS能够延续MODIS在内陆水体悬浮物浓度的观测,未来可以提供更长时间序列的水体悬浮物卫星产品数据。  (三)利用两颗卫星联合构建2002-2016年间的洪泽湖悬浮物浓度数据集,揭示了洪泽湖悬浮物浓度的时空分布特征;同时,结合气象、水文和采砂船数据,分析了洪泽湖悬浮物浓度时空变化机制。结果表明:(a)洪泽湖悬浮物浓度呈现出明显的年际分布差异,2002-2011年全湖悬浮物浓度较低且变动较小,2012年之后湖体悬浮物浓度显著上升,但淮河入湖河口区域呈现下降趋势;(b)洪泽湖水体悬浮物浓度存在显著的年内季节差异,2002-2011年悬浮物浓度在夏季最高,春季最低;但2012-2016则展现出完全不同的季节变化,在秋、冬季高,春、夏季低。(c)洪泽湖悬浮物呈现4种典型空间分布模式:河清湖浊、河浊湖清、河湖皆浊、河湖皆清,这4种类型具有显著地季节分布特征,并且可以相互转换。在短时间尺度上降水和风决定了洪泽湖悬浮物的空间分布格局并促成了空间格局类型的转化;而在季节、年际尺度上,采砂活动造成了洪泽湖悬浮物浓度的时空变化,不仅对季节特征造成扰动,引起年际尺度上悬浮物浓度的升高,也引起了空间格局类型时间分布上的变化。
其他文献
摘要:在“传感器与检测技术”教学过程中,教师以应用为导向开展“建模式”教学,引导学生在学科学习过程中应用“温故知新”学习方法,同时,对学生进行传感器检测系统开发思维培养。该教学模式以应用为导向把各个知识点关联;以培养工程师高度出发,给学生贯彻研发设计理念;以系统研发设计为目标,注重培养学生模块到系统思维。  关键词:“建模式”教学;温故知新;热电式传感器  作者简介:卢森幸(1977-),男,壮族
农用地分等定级估价是土地评价研究的一个重要组成部分。近年来我国由于土地数量管理向数量和质量并重管理的需要,农用地的分等定级估价也变得越来越重要,国土资源部已经在一些
太阳辐射是地球上最基本、最重要的能源.在实际情况下,地面的起伏变化(如坡度、坡向、坡形)造成局部地面接受太阳光的状况存在很大差异,太阳辐射在地面还存在一个重新分配的
该文基于地学信息图谱的理论和方法,在RS和GIS系统支持下,应用时空复合分析方法对黄河三角洲土地利用/土地覆被变化的"空间与过程"进行了研究,主要内容包括:(1)土地利用/土地
伴随着经济的高速发展,人们对于效率的追求愈来愈强烈,而自动控制就以其需求劳动力少,节省时间等优点运用到各行业。随着计算机技术的高速发展,计算机技术与自动控制技术的融
生态系统服务是指人类直接或间接地从生态系统中获得的全部惠益。生态系统内部各服务间紧密联系、彼此作用,对某些生态系统服务的攫取,往往会通过影响生态系统过程而导致其它服
该文以甘肃省为例,采用定性与定量相结合的方法,展开了省域城市竞争力的研究.首先,该文介绍了城市竞争力的国内外研究进展和理论基础,随即通过讨论几个相关概念以及城市竞争
该文以北京市为研究区域,以1987年、1992年和1997年的北京市投入产出表为基础,主要使用了基于投入产出表的主成分分析技术,同时用经济基础模型与之相结合,分析了1987-1997年
美国能源信息署(EIA)3月17日公布的数据显示,由于出口创纪录,自去年10月以来,美国丙烷库存下降了5900万桶。国内丙烷消费量保持相对持平或小幅下降,但美国出口丙烷继续增加。
河西走廊石羊河和黑河流域在水土资源开发利用过程中出现了植被衰亡、草场退化、泉水衰减、土地盐渍化、沙漠化等生态安全问题.随着向疏勒河流域移民和新一轮水土资源的大规