基于OLCI影像秦皇岛近岸水体颗粒物粒径分布遥感反演研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:w3xiaoyan
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颗粒物粒径分布(Particle Size Distribution,PSD)是海洋学中用于描述海洋颗粒物光学散射的常用参数,代表颗粒物粒子数量浓度随粒径大小的变化特征,是研究颗粒物性质的重要指标。本研究基于Sentinel-3 OLCI卫星遥感数据进行秦皇岛近岸水体粒径分布遥感反演研究,为了解和预测区域浮游植物群落功能类型、海洋碳循环和水体光学性质提供了新的方向。颗粒物粒径分布通常用PSD斜率ξ来表征。本论文基于秦皇岛近岸水体现场实测颗粒物数据,研究了现场水体光学特征与PSD斜率的响应关系,建立了颗粒物后向散射斜率η与PSD斜率ξ的经验关系。在此基础上,构建了PSD斜率的经验反演模型和半分析反演模型,并对模型精度进行了验证和分析,确定了最佳的区域反演模型。并利用OLCI影像数据生成了PSD斜率分布图,同时结合叶绿素a和总悬浮物的时空分布信息,进行了PSD斜率的时空变化规律研究。具体研究成果如下:(1)为准确地获取现场水体粒径分布信息,本论文讨论了幂律模型中参考粒径对现场粒径分布的影响。通过研究不同参考粒径对幂律模型拟合精度和PSD斜率的影响,发现本研究区域的参考粒径取值应大于22.7μm,并且101μm可作为最佳参考粒径,可准确地获得现场水体粒径分布信息。(2)本论文结合OLCI中心波段,成功构建了PSD斜率的经验反演模型和半分析反演模型。通过研究得出,经验反演模型最佳波段比值为Rrs(442)/Rrs(560),均方根误差(RMSE)和平均绝对百分比误差(MAPE)分别为0.30和6.66%。半分析反演模型最佳输入波段为Rrs(754)和Rrs(779),RMSE和MAPE分别为0.74和17.45%。使用验证站位对应的OLCI影像数据对经验模型和半分析模型反演精度进行比较分析,发现经验模型反演结果与现场PSD斜率基本一致,半分析模型反演结果偏高,两种模型的RMSE分别为0.59和1.29,MAPE分别为8.66%和24.87%。最终确定本研究区域PSD斜率最佳模型为经验反演模型。(3)利用本论文构建的经验反演模型,基于OLCI影像数据生成了秦皇岛近岸水体PSD斜率分布图。从整体上看,秦皇岛海域的PSD斜率随离岸距离呈现阶梯分布,距离岸边越近PSD斜率越小,随着离岸距离增大PSD斜率也逐渐增大;并且6月份PSD斜率大于9月份。为探讨PSD斜率的变异性,将反演范围延伸至整个渤海,其中,渤海夏季PSD斜率为3.85;冬季PSD斜率为3.73;春季和秋季PSD斜率分别为3.58和3.52。结合叶绿素a和总悬浮颗粒物浓度对PSD斜率进行解释,从反演结果来看,在春季、夏季和秋季中,叶绿素a和总悬浮颗粒物浓度较低的区域伴随出现较高的PSD斜率值,三者之间具有良好的共变性;而在冬季这种共变性并不明显。
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