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曹妃甸近岸海域水色遥感大气校正与悬沙浓度反演

潘明红  
【摘要】:悬浮泥沙浓度是海洋水体水质评价的重要参数之一,然而,传统的悬沙调查方法是用船逐点采样分析,存在调查速度慢、周期长、覆盖面小、同步站点少等缺点,很难用于大面积水域的悬浮泥沙含量连续同步的准确监测。利用遥感技术手段可实现对水体悬浮泥沙浓度的实时监测,大大的提高了工作效率。然而,从遥感传感器接收到的总辐射量中来自水体的信号离水辐射率甚微,85%以上的信号是来自瑞利散射和气溶胶散射[1.2.3.4]。因此,准确获取水色要素遥感信息的前提是进行精确的大气校正。如何将水体信息同大气信息分离,是水色遥感得以应用的关键,直接影响水体组分反演等后续分析的精度。 曹妃甸近岸海域水体属于典型的二类水体,水体的光学特性主要受悬浮泥沙浓度的影响。本文以2009年4月8日的美国陆地卫星LandSat-5为数据源,采用黑暗像元法、ATCOR2模型法、MORTRAN模型法和经验线性法四种大气校正方法从遥感影像上提取水体遥感反射率,并与准同步实测水体光谱数据进行比较分析。对校正影像的TM3和TM2做比值运算,结果表明波段的比值运算可以更进一步削弱大气的影响。为了定量化的比较四种方法的校正结果,运用敏感因子TM3/TM2建立的二次多项式反演模型Y=69.204-256.761*X+270.488*X2分别对悬沙浓度进行反演,反演结果显示,泥沙浓度小于20mg/l的区域反演精度较差。而曹妃甸近岸海域实测的49个站点中,悬沙浓度小于20mg/l的站点占59.1%,为了提高研究区的泥沙反演精度,采用辐射传输模型和统计模型相结合的方法,对不同浓度区域运用不同模型分别进行大气校正。研究结果表明,泥沙浓度的反演精度明显提高,这一结果也说明,多个模型联合进行大气校正,其结果比单个模型的校正更为有效。本文主要研究内容包括: 1、曹妃甸近岸海域水体TM影像大气校正方法(黑暗像元法、ATCOR2模型法、MORTRAN模型法和经验线性法)研究; 2、基于水体实测光谱反射率的大气校正结果精度评定与分析; 3、基于泥沙反演结果的大气校正精度评定与分析; 4、辐射传输模型与统计模型相结合的大气校正方法研究; 5、基于大气校正联合模型的曹妃甸近岸海域泥沙浓度遥感反演与分析。研究结果表明: 1.运用四种方法分别对曹妃甸地区TM影像进行大气校正,黑暗像元法的平均相对误差为47.6%,ATCOR2模型法平均相对误差为40.52%,MORTRAN模型法平均相对误差为31.53%,经验线性法平均相对误差为22.26%; 2.经验线性法大气校正,对悬沙低浓度区域更为有效; 3.运用辐射传输模型和统计模型相结合的方法,分区域对影像进行大气校正,反演结果显示,泥沙浓度的反演精度明显提高,平均相对误差达到18.24%。这一结果表明,多个模型联合进行大气校正,其结果比单个模型的校正更为有效; 4.对大气校正后的TM3和TM2做比值运算,在一定程度上可以削弱大气的影响;


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