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《河口水体泥沙浓度的水面光谱统计模式分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、DOI:10.13243/j.cnki.slxb.2007.07.006水利学报2007年7月SHUILIXUEBAO第38卷第7期文章编号:0559-9350(2007)07-0799-07河口水体泥沙浓度的水面光谱统计模式分析刘志国,周云轩,沈芳(华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海200062)摘要:现场测量长江口Ⅱ类水体的反射高光谱,并同步获取水样、测量流速,在实验室中对所获水样的泥沙浓度进行测定。通过对试验数据的分析发现,水体反射光谱随泥沙浓度不同而发生变化,在黄绿光波段(560～720nm)和近红外波段(810nm)出现两个明显的反射峰。波长大于650nm光
2、谱反射率和表层泥沙浓度的相关性较好,特别在690～900nm波段两者的相关系数大于0.75,对泥沙浓度变化较为敏感。基于最小二乘法,建立了单波段反射率与泥沙浓度关系以及波段反射率比值与泥沙浓度关系的回归方程。结果表明,670nm和715nm处单波段反射率的指数方程相关系数较高,而基于810690波段反射率比值的二次多项式拟合方程对泥沙浓度的预测精度好于其它比值组合形式的模型。关键词:长江口;Ⅱ类水体;悬浮泥沙浓度;高光谱;遥感;反射率测量中图分类号:P717文献标识码:A海洋遥感通过对遥感影像的分析,可以获得海洋水体中所含物质(悬浮泥沙和有机质等)的浓度要[1,2]素,为水利
3、、环境和资源管理等提供服务。根据所含物质的成分,海洋遥感研究把海水分为两大类:第一类是以浮游植物及其伴生物为主的大洋水体,称为Ⅰ类水体(Case1Waters);第二类是含有较高的悬浮物和营养物质的近海混浊水体,称为Ⅱ类水体(Case2Waters)。我国近海水体属于典型的Ⅱ类水体,因此悬浮泥沙浓度(SuspendedSedimentConcentration,SSC)是遥感反演的一个重要内容。水体的光谱测量及特征分析是水色遥感中悬浮泥沙反演机理研究的核心手段之一。近距离的观测可以尽量减少大气传输的影响,从而客观描述并建立光谱参量与目标物理量的定量关系。目前,有关近[3]海Ⅱ
4、类水体光谱的研究包括光谱测量方法、光谱规律分析与定量模型分析等内容,随着遥感和光谱技[4][5][6][7]术的发展,在黄河口、珠江口和长江口开展了大量有关水体泥沙浓度的遥感监测研究。陈涛等[8]和韩震等通过浓度配比实验,建立了泥沙浓度与水体光谱的统计模式。但是,近海Ⅱ类水体泥沙浓度的遥感反演算法存在区域局限性,没有Ⅰ类水体算法成熟。分析不同水文泥沙条件下的水体光谱规律,挖掘高光谱信息,有助于完善近海Ⅱ类水体泥沙浓度的遥感反演算法。本文介绍在长江口开展的现场水体光谱测量,分析不同泥沙浓度的光谱规律。在此基础上,选择对应于常用卫星遥感的可见光、近红外通道,并且反射率与泥沙浓度相
5、关性较高的波段,分别建立单波段反射率与泥沙浓度、反射率波段比值与泥沙浓度的不同形式回归方程。1试验背景8长江口水体含沙量高,多年平均入海泥沙量为4.37×10t年。长江口概况见图1,每年大量泥沙主要经南支向东南沿海输移,其中约60%在河口至东经123°之间扩散。根据水文观测,长江口表层泥沙3[9]浓度为0.061～0.836kgm,而杭州湾泥沙浓度更高。近年来,受到上游水利工程、水土保持和沿线调收稿日期:2007-01-04基金项目:国家973项目(2002CB412403);上海市科委滩涂项目(04DZ12049)作者简介:刘志国(1978-),男,山东费县人,博士生,主要
6、从事海岸带环境遥感研究。E-mail:liuzhiguocn@163.com—799—水工程等影响,长江入海径流量和入海泥沙量呈明显下降的趋势。随着河口区促淤围垦、河道治理等工[10,11]程的开展,长江口悬浮泥沙浓度的监测分析显得极为重要。现在遥感技术常被用来反演水体的悬[12,13]浮泥沙浓度。图1长江口概况与水上光谱测量站点分布为分析长江口泥沙浓度状况及其对水体光谱特征的影响,分别在2004年9月、2005年8月和2006年8月21～26日,对长江口主要水沙通道进行定点连续观测和走航观测(图1)。图1中A、B、C为2006年3条连续观测航线,其中A、B两条重复2004年
7、走航路线。2005年8月进行的定点站位,主要分布在南支、南北港分流口和南汇边滩附近。2研究方法2.1水体光谱测量规范水面以上辐射测量受多种因素影响,仪器接收的水体辐射量可用下式表示Lsea(λ,,θ)=Lw(λ,,θ)+rLsky(λ,,θ)+ΔL(1)式中:为观测平面与太阳入射平面夹角;θ为仪器与水面法线夹角;Lsea为光谱仪测量的总辐射亮度;Lw为离水辐射亮度;r为气-水界面对天空光的菲涅尔反射系数;Lsky为天空散射光的辐射;ΔL为海浪破碎和镜面反射产生的影响。[14][15]现场测量角度对光谱数
