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《华东师范大学》 2007年
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长江口水体表层泥沙浓度的遥感反演与分析

刘志国  
【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Ⅱ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ASD Field Spec光谱仪现场测量长江口Ⅱ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幂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(560~720nm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显的相关性,特别是690~830nm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幂函数形式;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。
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