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渤海与北黄海CDOM遥感反演算法及其时空分异规律研究

肖聪  
【摘要】:有色可溶性有机物(chromophoric dissolvable organic matter,CDOM)是水质环境监测的一个重要的光学指标,对海洋的初级生产力、海洋生态、生物化学过程、水动力环境与物质输送的研究有着重要的意义。本文以渤海、北黄海为研究区域,基于MODISA(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer-Aqua)卫星数据,建立了适用于研究区域的CDOM遥感反演算法,并融入长时间序列卫星数据分析研究区域的CDOM的时空分布特征及其时空分异规律,最后,结合CDOM特性进行了遥感应用讨论。主要研究内容包括以下几点:(1)基于多个航次数据集,分析CDOM与遥感反射率之间的关系,建立了适用于研究区域的经验算法,并将算法应用于MODISA卫星序列数据。模型验证结果表明,应用于MODISA的CDOM遥感反演算法能够较准确地估算研究区域的CDOM时空分布特征。实测数据集模型验证指标如下,判定系数(R2)为0.78,平均相对百分误差(APD)为15.9%,均方根误差(RMSE)为0.92(ppb)。算法应用于卫星,匹配卫星数据验证精度也较高,R2 为 0.61,APD 为 25.3%,RMSE 为 1.18(ppb)。(2)利用建立的CDOM遥感反演算法,绘制2003-2016年CDOM的时空分布图谱,讨论研究区域的CDOM的年际变化、季节变化,结果表明:CDOM的时空分布存在着明显的季节和空间差异。空间上,渤海海域高于渤海海峡海域,北黄海海域最低,基本趋势表现为近岸高,离岸低;季节上,冬季CDOM浓度值最高,夏季最低,春季和秋季的值介于两者之间;夏季,近岸水域显著增大;春秋季,北黄海海域显著增大,北黄海季节变化差异最显著。(3)讨论CDOM时空分布变化成因。结果表明,主要是两大来源(陆源输入和有机质降解产生的CDOM)主导着CDOM的时空差异。河口、近岸水域(如黄河口),陆源输入为主导因素,同时由于水体营养盐丰富,有益于浮游植物生长,有机质降解产生的CDOM也相对较高,两者的共同作用下,CDOM常年处于较稳定的高值;离岸水域(北黄海),陆源输入带来的影响减小,有机质降解产生的CDOM影响显著,存在明显的季节差异,春秋季浮游植物的暴发会导致CDOM的增加。(4)基于CDOM自身特性进行遥感应用讨论,结果表明,CDOM的时空分布与海水运动有着密切的联系;根据CDOM可作为水团示踪剂这一特性,尝试基于CDOM的值阈设定,利用遥感从空间上识别水团,但是由于算法精度、卫星分辨率等因素的限制,只能粗略识别覆盖范围较大的水团。


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