曹妃甸近岸海域悬浮泥沙浓度遥感动态监测与分析

论文摘要

悬浮泥沙浓度是海洋水体水质评价的重要参数之一,然而,传统的悬浮泥沙调查方法是用船逐点采样、分析,存在调查速度慢、周期长,覆盖范围小,同步站点少等缺点,很难用于对大面积水域的悬浮泥沙含量连续同步的准确监测。利用遥感技术手段反演水体的悬浮泥沙浓度具有方便、快速、准确、周期性强的特点。目前,遥感技术已成为近岸二类水体悬浮泥沙浓度反演与动态分析的重要技术手段。本文以野外水体悬浮泥沙浓度、光谱观测数据为依据,建立曹妃甸近岸海域悬浮泥沙遥感反演模型,采用两期MODIS遥感数据,对近岸水体悬浮泥沙浓度实现遥感定量动态监测。主要开展的工作有：1)对实测的各站点悬浮泥沙光谱数据进行处理,计算各站点悬浮泥沙的遥感反射率。2)分析悬浮泥沙遥感反射率的光谱特征,根据MODIS传感器的波段设置计算各站点悬浮泥沙浓度与MODIS中心波段遥感反射率的相关关系,选取遥感反演的敏感因子,建立悬浮泥沙浓度和各敏感因子遥感反射率之间的统计回归模型,通过对反演模型的精度评定,确定研究区近岸海域悬浮泥沙浓度的定量反演模型。3)利用两期MODIS遥感数据,运用定量反演模型对曹妃甸近岸海域表层悬浮泥沙浓度进行反演与动态分析。取得的主要成果和结论：1)悬浮泥沙水体的光谱反射率随着悬沙浓度的增加而增大,并且悬沙水体光谱曲线具有双峰特征（550-600nm和790-830nm）；两年数据中l波段和2波段以及组合波段Band1/Band4对悬浮泥沙浓度较为敏感,特别是Band1/Band4,相关系数最高。2)利用2008年和2009年两期光谱观测数据,建立悬浮泥沙浓度和遥感反射率之间的统计回归模式,结果显示,波段组合Band1/Band4的二次多项式模型的相关系数最高,分别为0.886、0.976;通过对反演模型进行精度评定,2008年和2009年均方根误差RMSE分别为5.6 mg/1和5.08mg/1。3)通过对两期MODIS数据的反演结果进行对比分析得出,2008年研究区内泥沙浓度以（0-10）mg/1为主,而2009年研究区内泥沙浓度以（10-20）mg/1为主；2008年到2009年间,随着港口规模的不断扩大,港口附近的悬浮泥沙浓度明显增加,从2008年的以（20-30）mg/1浓度为主,2009年转变为以40mg/l以上的浓度为主。通过以上所开展的工作以及所取得的结论,为研究该地区港口建设与悬浮泥沙运移相互作用以及进行海洋水动力环境数值模拟提供参数,同时也为该地区的经济发展和环境保护提供科学决策依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景与研究意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究思路与研究内容
• 1.3.1 主要研究思路
• 1.3.2 各章节研究内容
• 第二章 水色遥感的理论基础
• 2.1 水色遥感的原理
• 2.1.1 水体分类
• 2.1.2 水色遥感的基本参数
• 2.1.3 水体辐射传输过程
• 2.2 悬浮泥沙遥感原理
• 2.2.1 悬浮泥沙浓度与遥感反射率的函数关系
• 2.2.2 悬浮泥沙遥感常用模式
• 2.3 EOS计划及MODIS数据介绍
• 2.3.1 EOS计划介绍
• 2.3.2 MODIS数据介绍
• 2.3.3 MODIS 1B数据介绍
• 第三章 研究区概况及数据采集与分析
• 3.1 研究区概况
• 3.1.1 区位条件
• 3.1.2 气象条件
• 3.1.3 水文条件
• 3.1.4 地质地貌
• 3.2 水体光谱测量原理
• 3.3 水体光谱测量方法
• 3.3.1 常规光谱测量方法
• 3.3.2 现场表观光谱测量方法
• 3.3.3 现场水面以上光谱测量方法
• 3.4 现场数据采集与分析
• 3.4.1 现场水体光谱测量
• 3.4.2 水体实测数据处理
• 3.4.3 水体光谱特征分析
• 3.5 MODIS数据敏感波段选取
• 第四章 悬浮泥沙浓度遥感定量反演与动态分析
• 4.1 MODIS影像数据获取
• 4.2 MODIS影像数据预处理
• 4.2.1 几何校正
• 4.2.2 传感器定标
• 4.2.3 大气校正
• 4.2.4 影像裁剪
• 4.2.5 水体提取
• 4.3 悬浮泥沙浓度定量反演模型的建立
• 4.3.1 2008年悬浮泥沙浓度定量反演模型
• 4.3.2 2009年悬浮泥沙浓度定量反演模型
• 4.4 反演模型精度评定
• 4.5 反演模型的应用
• 4.6 反演结果精度评定
• 4.7 悬浮泥沙动态分析
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢