近岸Ⅱ类水体叶绿素浓度遥感反演的算法综述

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1、福建水产，2009年3月第1期NO．JJOURNALOFFUJIANFISHERIESMar．26．2009近岸Ⅱ类水体叶绿素浓度遥感反演的算法综述张加晋(福建海洋研究所，福建厦门，361012)摘要：由于具有明显的时间与空间分辫率优势，遥感方法成为近岸Ⅱ类水体叶绿素浓度(CH-a)信息提取研究的重要技术之一。本文回顾了国内外叶绿素浓度遥感反演算法研究概况，分析其优缺点，并介绍了利用卫星光学遥感数据反演叶绿素浓度的算法研究成果。并提出加强地面水文光谱实验研究，建立多光谱叶绿素反演定量模式，以高分辫率和高光谱遥感融合数据为基础的叶绿素浓度定量遥感是今后的发展趋势。关键词：Ⅱ类水体；叶绿素浓度；

2、遥感；反演生物光学模式描述水中组分与离水辐射之间的关系，利用辐射传递模型模拟光在大气和海洋中的1引言传播。这些模式在海水的不同组分、大气的不同一切浮游植物均含有叶绿素⋯，叶绿素是状态下计算水面或大气顶TOA(TopoftheAt—海水中最具特色、并以一定方式影响海洋水色的mosphere)的模拟光谱，然后建立反演算法，求物质。叶绿素浓度(单位为mg／m’或g／1)是解海水叶绿素浓度。目前广泛应用的算法主要有海洋中光能自养型植物——浮游植物存在数量的代数方法、非线性优化方法、主成分方法、神经一个重要指标，它从根本上反映了海洋生产力的网络方法等I】J。变化。海洋水色遥感中提取海水叶绿素浓度的目2

3、经验统计算法的就是获取海洋初级生产力及研究海洋在全球碳循环中的作用。经验统计算法是根据叶绿素a的光学吸收特目前以遥感技术手段对叶绿素浓度进行反演性，将现场实测的叶绿素浓度值与光学测量值的主要方法是对遥感卫星影像数据进行大气校(如反射率或辐射率值)结合起来，并以某种形正、几何纠正后计算出离水辐射率，根据反演得式进行回归分析，得到回归系数，然后反过来计到的离水反射率，利用不同的反演模式反演出海算叶绿素浓度值。最简单的经验统计算法是水叶绿素浓度。其反演算法可分为两类，即经验“蓝绿波段比值法”，但在Ⅱ类水体中，这种算公式法和基于模型的解析算法l2]。法的谱段和统计参数要根据具体水域和季节所采自CZC

4、S运行以来，以“比值波段组合”为集的实测数据来确定【1，精度不高。基础的经验统计算法在I类水体中有较高的反演随着传感器技术的发展，水色传感器设有更精度，成为业务上的主要算法[3'4]，对于Ⅱ类水多的通道，波段宽更窄，信噪比也更高，这些使体，选择合适的观测波段、增加光谱波段数均可得经验算法的波段组合更为灵活多变，可进行多提高经验算法的精度J，但本质上是区域性算元回归分析，发展了以下反演模式：法，对水中组分的时空变化敏感。解析算法利用log[chl_a]=c0+c1bg(r)+c2[(r

5、{)]基金项目：泉州湾整治利用规划研究作者简介：张加晋(1981～)，男，研究实习员，硕士。联系方式：bMa

6、play@126．corn福建水产总第120期+c[1og()]’(I一1)过调整作为输人参数的反演参数(即叶绿素、悬式中Ir=R(i)／R()，c0、c1、c2、c3是经验反浮泥沙、黄色物质等)的浓度J，重复计算与之演系数。对应的辐射率值，使得模式计算所得辐射值与实这个算法在Ⅱ类水体可以得到相对较高精度际所得的辐射率值之间误差最小。的表达的反演值。刘大召等人副利用珠江口叶绿素浓式为：度与一阶导数光谱值的三次多样式反演结果来=∑A(一￡m。a)(2—3)看，其R(决定系数)检验值可达到0．7815。式中：表示卫星传感器测量得到的辐射3解析算法值；。表示根据模型计算得到的辐射值；∑表这种解析算

7、法的共性是利用各种辐射传输模示对所有波段求和。通常预设一个收敛的阈型，如Plass等人的Monterf0模型和Gordon等值来确定该迭代步骤是否结束。人准单次散射近似等来模拟光在水体和大气中的应用非线性最优化方法研究海洋水色需要注传播过程，并利用一种称为“生物一光学模型”来意两个方面：首先，设置预测模型的参数时要保证确立各水色成分浓度与水体的离水辐射率(或反将要反演的未知参量之间的相关性尽可能小，因射率)之间的对应关系。为在反演的未知量之间总是具有一定的自相关，1)代数法例如叶绿素和总悬浮物之间具有一定的相关性，代数法也称半解析型生物光学算法(Semian一参数间独立性差，给反演结果解译带

8、来困难，严重口Bio—OpticalAlgorithms)。是用代数表达式时可导致函数模型病态，导致反演结果不可靠。描述海洋水色与地球物理特征的相关性。这种方其次，初始条件的设定也相当重要，如果可能，应法是按照一定周期测量的光谱数据，建立光谱特该为每一个需要反演的未知量设定各自的上限和征与水中各水色要素浓度之间的定量关系。在一下限，从而保证得到确切的最小值。这也是为防般算法中，用遥感反射率R代替离水辐射率。止