水色湖泊遙感.ppt

湖泊水色遙感研究 一研究現(xiàn)狀與進展二面臨的難點及問題三最近相關工作 一研究現(xiàn)狀與進展 1 衛(wèi)星傳感器2 大氣矯正3 光學參數(shù)測量4 基礎理論及模型5 水色參數(shù)遙感反演 衛(wèi)星傳感器海洋一類水體CZCS 1978 1986年 SeaWiFS 1997年至今 MODIS 1999年至今 MERIS 2002年至今 GTI 我國HY 1A BCOCTS 2002年至今 等 評價 專用于海洋水色的傳感器 在光譜 時間分辨率和信噪比方面具有優(yōu)勢 但普遍空間分辨率較低 內(nèi)陸二類水體1 陸地衛(wèi)星多光譜傳感器LandsatTM ETM SPOTHRV CBERSCCD EO 1ASTER beijing 1CCD等 評價 具有較高的空間分辨率 20 30m左右 但時間分辨率較低 15 30d 無法及時的監(jiān)測水體污染事件 實用性受限 2 星載及機載高光譜傳感器EO 1Hyperion及AVRIS OMIS CASI AISA 評價 信噪比一般較低切傳感器刈 yi 幅較窄 監(jiān)測范圍有限 特別 HJ 1A BHIS 空間分辨率 20 30m 高時間分辨率 高光譜分辨 450 950nm 且觀測幅寬 720km 大氣校正水色遙感信號反映在某一通道 i 接受的大氣頂層輻亮度TOA主要由以下幾部分 簡記為 Lt Lpath TLg tLwc tLw tLb1 衛(wèi)星接收到的信號為大氣頂層輻亮度 其中水體離水輻射約占10 甚至更低 大氣程福射約占90 Kirk 1994 2 當葉綠素濃度由0 01mg m3變化到10 0mg m3時 傳感器接受的大氣頂層信號幾乎沒變化 Gordon 1992 結(jié)論 剔除大氣影響在湖泊水色遙感反演中尤為重要 也是水色遙感的關鍵所在 而離水輻亮度的關鍵在于氣溶膠散射項的計算 大氣校正算法一類水體 通用GORDON標準算法陸地遙感大氣校正方法 LOWTRAN MODTRAN 5S 6S ACORN FLAASH ATREM以及HATCH等 評價 這些模型算法需要復雜的參數(shù) 實時遙感大氣校正困難 難以實現(xiàn)大氣校正的業(yè)務化運行為此 國際水色遙感界提出了針對 亮像元 近紅外離水輻射非零 的大氣校正算法 但目前還處于區(qū)域性試驗階段 光學特性測量表觀光學特性核心 離水輻亮度或遙感反射率測量方法 剖面法以及水面以上測量法 水面以上測量法是NASASeaWiFS測量規(guī)范推薦的方法 目前較為成熟 特別適合湖泊水體 固有光學特性主要包括 吸收系數(shù) 后向散射系數(shù)和衰減系數(shù)等 隨著測量儀器的發(fā)展 現(xiàn)場同步測量水體吸收系數(shù)和衰減系數(shù)已成為可能 后向散射的獲取可以直接通過儀器測量也可以通過理論計算獲得 影響水體光學特性因素大洋一類水體主要是葉綠素 內(nèi)陸湖泊等 類水體中 包含浮游植物色素 懸浮顆粒以及黃色物質(zhì)等 引起的光學特性遠比 類水體復雜的多 基礎理論及模型理論 水體輻射傳輸是水色要干的基礎理論水體輻射傳輸模型 國外著名的有 Hydrolight輻射傳輸模型以及MonteCarlo輻射傳輸模型 這兩個模型在輻射傳輸方程的參數(shù)化過程中起了重要作用 這些模型可以應用于湖泊水色遙感中 存在的問題 由于湖泊存在光學深水和光學淺水 在光學淺水中 基本的輻射傳輸過程沒有變化 但光的傳播環(huán)境發(fā)生了變化 從而影響了解決輻射傳輸問題的假設和邊界條件 潘德爐等 2008 國內(nèi) 這方面研究還處于起步階段 水色參數(shù)反演凡存在顯著光譜特征或光學特性的水體組分參數(shù) 即光活性物質(zhì) 都可以通過遙感實施定量反演 如葉綠素 懸浮物 DOC等 主要反演方法 經(jīng)驗 半經(jīng)驗方法 核心是水色參數(shù)光譜特征的先驗已知性 雖然基于衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)的半經(jīng)驗算法的理論基礎不明確 但在特定的湖區(qū) 針對特定的傳感器 半經(jīng)驗算法卻具有較強的穩(wěn)定性 同時具有較高的反演精度 半分析方法 核心是生物光學模型 它是目前湖泊水色遙感的研究熱點 使用的方法是矩陣分解法 二難點及問題1 傳感器方面 湖泊的水質(zhì)變化較為迅速 數(shù)小時內(nèi)就會發(fā)生非常大的變化 因此對于湖泊水質(zhì)衛(wèi)星遙感的業(yè)務化運行而言 首先要求衛(wèi)星傳感器具有高時間分辨率 其次是高空間分辨率 然后才是高光譜分辨率 但通常使用的衛(wèi)星傳感器很難同時滿足上述3個要求 研制一個專門的湖泊水色遙感傳感器 將有廣闊的應用前景 2 算法方面 需要針對內(nèi)陸湖泊的水體特點 改進或發(fā)展合適的大氣校正算法 3 反演方面 需要加強水體光學特性的基礎知識 另一方面需要加強數(shù)學建模研究 從而來提高反演的精度 4 尺度問題 尺度問題顯著地貫穿于水質(zhì)參數(shù)遙感反演過程的始終 建立水質(zhì)參數(shù)遙感反演的尺度模型 可以更加準確地定量衛(wèi)星遙感的反演誤差 理解誤差的傳遞過程及其尺度誤差對反演結(jié)果的影響和貢獻 馬榮華 2009 目前水色遙感界普遍認為 由于模型參數(shù)的差異 很難建立一種普適的水色遙感反演模式 不同的湖泊水體 同一湖泊不同的湖區(qū) 同一湖區(qū)不同