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海洋叶绿素遥感反演及海洋初级生产力估算研究

2020-11-22阅读(256)

海洋叶绿素遥感反演及海洋初级生产力估算研究

论文摘要

海洋叶绿素浓度已成为衡量浮游植物的生物量和富营养化程度的最基本的指标，叶绿素浓度反演对海洋—大气系统中碳循环研究有重要意义，对海洋生态系统中初级生产力的研究也至关重要。海洋初级生产力是海洋生态系统的重要参量，它在一定程度上控制着海气界面二氧化碳的交换，是全球气候变化研究的重要目标。为此，在多个科研项目的支持下，进行了关于卫星遥感海洋叶绿素和海洋初级生产力的多方面研究，并发表了10多篇论文，本博士论文即是在这些研究基础上进行分析和总结的结果。 现有的叶绿素研究很多都是针对局部海区短期的研究，长时间序列的卫星数据正好可以弥补船测方式的不足，揭示海区的宏观环境变化特征。首先，在综合利用SeaWiFS和MODIS数据的基础上，本论文采用长时间序列数据对多年整个中国陆架海的叶绿素a浓度的变化情况进行研究和分析，并进行了对比分析，同时从影响机理方面也进行了探讨。研究发现中国陆架海的叶绿素a浓度在不同海区是随着季节变化的，各年之间呈现规则的周期性变化。东海海区叶绿素a浓度相对最高，年际变化较明显；南海海区年均值最低。在空间分布上整个中国海区呈现由近岸向外海递减的趋势，反演结果从宏观上揭示了中国陆架海的海洋叶绿素变化特征。 MODIS和SeaWiFS反演叶绿素浓度基本一致。在东海海区吻合最差，南海最好。而在三个不同海区，海表面温度和叶绿素a浓度显著负相关，说明海表面温度直接影响着叶绿素的分布，无疑海温是影响叶绿素a的分布主要因子之一。 其次，为了探索适合我国海区特点而较精确的算法，先采用BP神经网络法利用SeaWiFS数据，结合实测数据对建立我国海区的叶绿素反演模型进行了研究。结果表明，在叶绿素反演算法中神经网络方法以其对非线性过程的精确模拟而具有传统算法无可替代的优势，尤其是对传统遥感反演算法难度较大的二类水体。 除采用神经网络法外，我们还构造了新的光谱指数，来进行叶绿素反演研究。在进行包络线去除法分析叶绿素的光谱特征后，用兰绿光波段的辐射信息构成NDPI指数，然后利用SeaWiFS和COCTS来进行叶绿素a的反演研究。NDPI指数可以在一定程度上减小黄色物质和悬浮物的干扰，从而把叶绿素区别于其他物质的特性表现出来。在本研究中NDPI指数法优于直接波段比值法，通过它反演得到的渤海叶绿素a结果与前人的调查结果有较好的一致性。此外通过和SeaWiFS的对比，还对我国第一颗海洋水色遥感卫星的探测能力进行了研究和评

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 综述
  • 第一节 选题依据
  • 1.1 研究意义
  • 1.2 海洋遥感研究的优势
  • 第二节 国内外研究现状
  • 2.1 叶绿素研究
  • 2.2 海洋初级生产力研究
  • 第三节 研究中存在问题
  • 第四节 论文研究目标和组织结构
  • 第二章 海洋卫星与传感器介绍
  • 第一节 海洋水色卫星的发展
  • 第二节 SeaWiFS介绍
  • 2.1 SeaWiFS性能参数
  • 2.2 SeaWiFS各级数据介绍
  • 第三节 COCTS介绍
  • 第四节 MODIS介绍
  • 第五节 SeaWiFS和 MODIS叶绿素算法的比较
  • 第三章 海洋叶绿素遥感反演原理
  • 第一节 海洋辐射传递理论
  • 第二节 海洋遥感中大气校正原理
  • 第三节 叶绿素a的光谱特征
  • 第四章 卫星反演中国陆架海的叶绿素a变化分析
  • 第一节 SeaWiFS反演中国陆架海的叶绿素a浓度
  • 1.1 研究区
  • 1.2 数据和算法
  • 1.3 结果与讨论
  • 第二节 MODIS反演中国陆架海的叶绿素a浓度
  • 2.1 研究区
  • 2.2 数据和算法
  • 2.3 结果与讨论
  • 第三节 SeaWiFS和 MODIS反演结果的比较分析
  • 第四节 中国陆架海的叶绿素a浓度变化的影响分析
  • 4.1 各海区海表温度变化
  • 4.2 海洋叶绿素影响分析
  • 第五节 小结
  • 第五章 神经网络法反演叶绿素浓度研究
  • 第一节 研究区和数据介绍
  • 1.1 研究区概况
  • 1.2 现场同步数据
  • 1.3 SeaWiFS数据介绍和处理
  • 第二节神经网络方法
  • 2.1 方法描述
  • 2.2 神经网络结构确定与计算
  • 第三节 结果和分析
  • 第四节 小结
  • 第六章NDPI指数法反演海洋叶绿素浓度
  • 第一节 基于 NDPI指数用 COCTS反演叶绿素a
  • 第二节 SeaWiFS和 COCTS基于 NDPI指数叶绿素浓度反演比较分析
  • 第三节 小结
  • 第七章 中国陆架海海洋初级生产力变化分析
  • 第一节 理论基础
  • 1.1 海洋初级生产力模型
  • 1.2 VGPM模型
  • 第二节 叶绿素反演模型
  • 第三节 真光层的计算
  • 第四节 数据介绍
  • 第五节 海洋初级生产力验证和结果分析
  • 5.1 海洋初级生产力的计算验证
  • 5.2 结果分析
  • 第六节 小结
  • 第八章 结论和展望
  • 第一节 结论
  • 第二节 创新之处
  • 第三节 研究中存在问题和展望
  • 发表论文
  • 主要参加项目
  • 参考文献
  • 致谢

    • 相关论文文献

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