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南黄海近岸水体悬沙分析与遥感反演

作　者: 徐效军
导　师: 张鹰
学　校: 南京师范大学
专　业: 海洋地理学
关键词: 二类水体悬沙浓度悬沙粒径遥感反射率反演模型
分类号: P714.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 253次
引　用: 3次
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内容摘要

高悬沙水体多分布在近岸与河口地带，其悬浮泥沙的反演对于现实应用具有重要意义，但是由于成分复杂而导致水体内部光学性质不稳定，所以国内外学者目前一直在研究合适的反演模型。本文以位于南黄海的小洋口为研究区，利用现场测量的悬沙浓度、粒度和光谱数据，探讨了浓度、粒径和反射率三个因子的变化特征。通过对悬沙浓度与反射率之间关系的分析，建立了基于标准化反射率反演悬沙浓度的模型。最后根据粒径对反射率的影响，建立了去除粒径影响的悬沙浓度反演模型，对实现高浑浊水体的悬沙反演进行了探讨。论文主要的工作和得到的结论如下：（1）利用仪器实地观测了52个小时的表层悬沙浓度数据、10个小时的光谱数据以及26个小时的悬沙粒度数据，为后期的因子分析和建模提供了同步、连续的数据。（2）对比了Master Size 2000和Lisst对相同水样的粒径测量结果，发现不同处理方法会对测得的粒径数据产生较大影响，说明在分析自然水体的粒径和反射率之间的关系时，应尽量使用现场测量的粒度数据，这才能保证分析结果的准确性。（3）通过分析表层悬沙粒度和体积浓度随时间的变化趋势发现，表层悬沙颗粒以粉砂和黏土为主，垂向上随着深度的增加悬沙的粒度和体积浓度都增大。大潮的表层悬沙浓度的变化区间为0.016～0.716kg／m³，小潮的表层悬沙浓度变化区间为0.0167～0.261kg／m³。（4）研究区的表层悬沙水体的光谱曲线在低悬沙浓度时表现为单峰特征，在高悬沙浓度时表现为双峰特征。（5）介绍了水色遥感的机理，对比分析了目前主流的二类水体水色反演模型。通过对标准化反射率与表层悬沙浓度之间关系的分析，提取四个敏感波段并建立了与悬沙浓度的模型，经过分析选取R₇₁₆／R₅₅₁的指数方程（C=1216.76exp[x／3.39]-1371.18）为标准化反射率反演表层悬沙的最佳模型。（6）探讨了悬沙粒径与反射率之间的关系，发现582nm的反射率对悬沙粒径的变化反应最好，结合悬沙浓度的敏感波段716nm和725nm，建立波段比值与悬沙浓度的线性和指数模型，通过对模型进行分析、验证，得到了去除粒径影响的表层悬沙浓度反演模型。论文最后给出了以后的工作目标和改进方向。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
图表目录  8-10
1 引言  10-13
  1.1 研究意义和目的  10
  1.2 国内外研究现状  10-11
    1.2.1 国外研究现状  10-11
    1.2.2 国内研究进展  11
    1.2.3 研究现状分析  11
  1.3 研究内容  11-12
  1.4 研究技术路线  12-13
2 数据采集  13-21
  2.1 研究区概况  13-14
    2.1.1 气象条件  13
    2.1.2 海洋水文  13
    2.1.3 海岸地貌特征  13-14
    2.1.4 底质及沿岸泥沙分布状况  14
  2.2 野外数据采集  14-21
    2.2.1 悬浮泥沙浊度的测量  14-15
      2.2.1.1 测量原理  14-15
      2.2.1.2 测量方式  15
    2.2.2 悬浮泥沙粒径的测量  15-17
      2.2.2.1 测量原理  16
      2.2.2.2 仪器技术指标  16
      2.2.2.3 测量方式  16-17
    2.2.3 水体光谱测量  17-21
      2.2.3.1 仪器介绍  17-18
      2.2.3.2 水体光谱测量原理  18-19
      2.2.3.3 野外光谱测量方法  19-21
3 数据处理与分析  21-33
  3.1 粒度数据分析  21-27
    3.1.1 粒度测量对比  21-22
    3.1.2 悬浮泥沙粒径变化分析  22-27
      3.1.2.1 表层悬沙粒度分析  25-26
      3.1.2.2 中层和底层悬沙粒度分析  26
      3.1.2.3 垂线上平均粒径的变化  26-27
  3.2 浓度数据分析  27-31
    3.2.1 OBS标定  27-28
    3.2.2 OBS浓度数据分析  28-29
    3.2.3 Lisst与OBS浓度数据相关分析  29-30
    3.2.4 悬浮泥沙体积浓度变化  30-31
  3.3 光谱数据分析  31-32
  3.4 本章小结  32-33
4 表层悬沙浓度的遥感反演  33-48
  4.1 水色遥感的机理  33-35
    4.1.1 纯海水的光谱特性  33
    4.1.2 一类水体和二类水体  33-34
    4.1.3 海洋水色遥感的特征量  34-35
  4.2 二类水体的反演算法  35-38
    4.2.1 经验公式法  35-36
    4.2.2 基于模型的算法  36-37
      4.2.2.1 代数法  36
      4.2.2.2 非线性最优化技术  36
      4.2.2.3 主成分分析法  36-37
      4.2.2.3 神经网络算法  37
    4.2.3 反演算法小结  37-38
  4.3 表层悬沙浓度的遥感反演  38-47
    4.3.1 遥感反射率的计算  38
    4.3.2 基于标准化反射率的悬沙浓度反演  38-42
      4.3.2.1 悬沙浓度与标准化反射率的相关分析  38-39
      4.3.2.2 悬沙浓度反演模型分析  39-41
      4.3.2.3 悬沙浓度遥感反演模型的精度评价  41-42
    4.3.3 基于反射率的一阶微分的悬沙浓度反演  42-44
      4.3.3.1 反射率一阶微分与悬沙浓度相关分析  42-43
      4.3.3.2 悬沙浓度模型分析  43-44
    4.3.4 去除悬沙粒径影响的悬沙浓度反演  44-47
      4.3.4.1 悬沙粒径与反射率相关分析  44-45
      4.3.5.2 悬沙粒径和反射率的模型检验  45-46
      4.3.5.3 去除粒径影响的悬沙浓度的反演  46-47
  4.4 本章小结  47-48
5 结论与展望  48-50
  5.1 结论  48
  5.2 研究中存在的问题和下一步的工作目标  48-50
参考文献  50-54
致谢  54

南黄海近岸水体悬沙分析与遥感反演

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