海洋水色遥感海洋遥感学习教案.pptx

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1、会计学1海洋海洋(hiyng)水色遥感水色遥感 海洋海洋(hiyng)遥感遥感第一页，共64页。2023/2/7第五章第五章 海洋海洋(hiyng)水色遥感水色遥感u 概述概述(i sh)(i sh)u 海洋水色遥感机理海洋水色遥感机理u 生物生物-光学算法的物理基础光学算法的物理基础u 海洋水色要素浓度反演海洋水色要素浓度反演u 赤潮现象的遥感监测与反演赤潮现象的遥感监测与反演第1页/共63页第二页，共64页。2023/2/75.1 概述概述(i sh)1.海洋(hiyng)水色遥感传感器 1970年，年，Clarke等成功的验证了利用航空光谱遥感等成功的验证了利用航空光谱遥感水体表层水体表

2、层(biocng)叶绿素浓度的可行性。叶绿素浓度的可行性。CZCS（Nimbus-7）SeaWifs（SeaStar）MODIS（Terra-Aqua）COCTS（HY-1A、HY-1B）第2页/共63页第三页，共64页。2023/2/75.1 概述概述(i sh)1.海洋(hiyng)水色遥感传感器第3页/共63页第四页，共64页。2023/2/75.1 概述概述(i sh)1.海洋(hiyng)水色遥感传感器波段(bdun)设置第4页/共63页第五页，共64页。2023/2/75.1 概述概述(i sh)2.与海洋水色(shu s)遥感有关的应用和研究 全球气候变化（包括海洋碳通量研究）全

3、球气候变化（包括海洋碳通量研究）海岸带管理与（工程）环境评价海岸带管理与（工程）环境评价 海洋初级生产力与海洋渔业资源的开发、保护海洋初级生产力与海洋渔业资源的开发、保护 海洋污染环境的监测海洋污染环境的监测 海洋动力海洋动力(dngl)环境研究环境研究 海洋生态系统与混合层物理性质的关系研究海洋生态系统与混合层物理性质的关系研究第5页/共63页第六页，共64页。2023/2/75.1 概述概述(i sh)2.与海洋水色遥感(yogn)有关的应用和研究第6页/共63页第七页，共64页。2023/2/75.1 概述概述(i sh)3.海洋(hiyng)水色遥感中的关键技术 大气大气(dq)校正校

4、正 -从传感器接收到的信号中消除大气从传感器接收到的信号中消除大气(dq)的影响，获得包含海水组分信息的海面的影响，获得包含海水组分信息的海面离水辐射度。离水辐射度。生物光学算法生物光学算法 -根据不同海水的光学特性与离水辐射度根据不同海水的光学特性与离水辐射度之间的关系，估算有关的海洋水色要素。之间的关系，估算有关的海洋水色要素。第7页/共63页第八页，共64页。2023/2/75.1 概述概述(i sh)4.海洋水色(shu s)遥感的几个基本概念a.海洋水体分类海洋水体分类b.根据根据Morel等提出的双向分类法，可分为等提出的双向分类法，可分为(fn wi)：c.-类水体：光学特性主要

5、由浮游植物及其分解类水体：光学特性主要由浮游植物及其分解物决定；物决定；d.-类水体：光学特性除了与浮游植物及其分解类水体：光学特性除了与浮游植物及其分解物有关外，还由悬浮物、黄色物质决定，其水色由物有关外，还由悬浮物、黄色物质决定，其水色由水体的各成分以非线性方式来影响。水体的各成分以非线性方式来影响。第8页/共63页第九页，共64页。2023/2/75.1 概述概述(i sh)4.海洋(hiyng)水色遥感的几个基本概念b.海水的光学特性海水的光学特性c.海水的光学特性有：表观光学量和固有光海水的光学特性有：表观光学量和固有光学量。学量。d.表观光学量由光场和水中的成分而定，包表观光学量由

6、光场和水中的成分而定，包括向下辐照度、向上辐照度、离水辐亮度、遥感反括向下辐照度、向上辐照度、离水辐亮度、遥感反射率、辐照度比等，以及这些量的衰减系数。射率、辐照度比等，以及这些量的衰减系数。e.固有光学量与光场无关，只与水中成分分固有光学量与光场无关，只与水中成分分布布(fnb)及其光学特性有关，直接反映媒介的散及其光学特性有关，直接反映媒介的散射和吸收特征，如：吸收系数；散射系数；体积散射和吸收特征，如：吸收系数；散射系数；体积散射函数等。射函数等。第9页/共63页第十页，共64页。2023/2/75.1 概述概述(i sh)4.海洋水色遥感(yogn)的几个基本概念c.海水的色素海水的色

7、素d.叶绿素：反映海洋生产力的变化，最主要叶绿素：反映海洋生产力的变化，最主要的为叶绿素的为叶绿素a，在蓝光（，在蓝光（420-500nm）和红光）和红光（600-700nm）波段具有两个强吸收谷。）波段具有两个强吸收谷。e.荧光：浮游植物吸收的太阳能在某波段上荧光：浮游植物吸收的太阳能在某波段上的辐射光，该值可作为的辐射光，该值可作为(zuwi)植物健康状况的植物健康状况的标志。标志。f.色素浓度：叶绿素色素浓度：叶绿素a和褐色素浓度之和，和褐色素浓度之和，常用常用C表示。表示。第10页/共63页第十一页，共64页。2023/2/75.1 概述概述(i sh)4.海洋(hiyng)水色遥感的

8、几个基本概念d.黄色物质黄色物质 -在全球碳循环研究中比较重要在全球碳循环研究中比较重要e.海水中的融解有机物海水中的融解有机物DOM包括颗粒状有包括颗粒状有机碳机碳POC和融解的有机碳和融解的有机碳DOC。海水中的有海水中的有色融解有机物（色融解有机物（CDOM）被称为）被称为(chn wi)黄黄色物质。黄色物质在蓝色波段具有强烈的吸收。色物质。黄色物质在蓝色波段具有强烈的吸收。一般定义黄色物质浓度为：一般定义黄色物质浓度为：第11页/共63页第十二页，共64页。2023/2/75.1 概述概述(i sh)4.海洋(hiyng)水色遥感的几个基本概念d.黄色黄色(hungs)物质物质融解有机

9、物DOM的光谱吸收曲线第12页/共63页第十三页，共64页。2023/2/75.1 概述概述(i sh)4.海洋(hiyng)水色遥感的几个基本概念e.海洋初级生产力海洋初级生产力f.初级生产力表示在单位海洋面积内，浮游初级生产力表示在单位海洋面积内，浮游植物通过光合作用固定碳的速率或能力，与平均叶植物通过光合作用固定碳的速率或能力，与平均叶绿素相关，单位为绿素相关，单位为mgm-2d-1。g.反演算法反演算法(sun f)有：经验算法有：经验算法(sun f)、解析算法解析算法(sun f)。第13页/共63页第十四页，共64页。2023/2/75.1 概述概述(i sh)4.海洋水色遥感(

10、yogn)的几个基本概念f.赤潮赤潮g.海水中的浮游生物过度繁殖或聚焦致使海水中的浮游生物过度繁殖或聚焦致使海水变色（多为红色海水变色（多为红色(hngs)）的一种生态环）的一种生态环境恶化的现象。境恶化的现象。第14页/共63页第十五页，共64页。2023/2/75.2 海洋水色海洋水色(shu s)遥感机理遥感机理1.海洋水色遥感机理(j l)的简单描述 海洋水色遥感是基于传感器接收的离水辐射（透射海洋水色遥感是基于传感器接收的离水辐射（透射入水的辐射经过水体反射离开水面的辐射）所进行入水的辐射经过水体反射离开水面的辐射）所进行(jnxng)的。的。水中各重要成分浓度变化水中各重要成分浓度

11、变化水体吸收和散射光学性水体吸收和散射光学性质变化质变化离水辐射度变化离水辐射度变化传感器接收信号发生变化。传感器接收信号发生变化。水色遥感过程：通过大气校正，得到离水辐射，再水色遥感过程：通过大气校正，得到离水辐射，再根据各成分浓度与离水辐射之间的相关关系，反演得到根据各成分浓度与离水辐射之间的相关关系，反演得到各水色要素浓度。各水色要素浓度。第15页/共63页第十六页，共64页。2023/2/75.2 海洋海洋(hiyng)水色遥感机理水色遥感机理.海洋水色遥感(yogn)的正演与反演第16页/共63页第十七页，共64页。2023/2/75.2 海洋水色遥感海洋水色遥感(yogn)机理机理

12、.大气校正前后的辐射度对水色要素(yo s)的指示不同TOABOA第17页/共63页第十八页，共64页。2023/2/75.2 海洋水色海洋水色(shu s)遥感机理遥感机理2.具体的模型(mxng)描述 -水气水气(shu q)(shu q)辐射传输模型辐射传输模型a.简化模型简化模型b.a模型细化模型细化c.考虑多次散射和白浪引起的散射考虑多次散射和白浪引起的散射水中物质太阳传感器海表第18页/共63页第十九页，共64页。2023/2/7.利用水气辐射传输(chun sh)模型反演的主要过程（1 1）辐射）辐射(fsh)(fsh)定标定标（2 2）大气）大气(dq)(dq)校正校正 采用近

13、似法（如对模型进行合理的简化）和数值法（如采用近似法（如对模型进行合理的简化）和数值法（如采用一些同步的大气数据进行计算）；采用一些同步的大气数据进行计算）；利用近红外两个波段的离水辐射度近似为利用近红外两个波段的离水辐射度近似为0来进行校正。来进行校正。第19页/共63页第二十页，共64页。2023/2/7第8波段(bdun)气溶胶散射计算(j sun)n值其它波段(bdun)气溶胶散射（3 3）水色要素反演）水色要素反演-(-(生物光学算法、经验公式法）生物光学算法、经验公式法）.利用水气辐射传输模型反演的主要过程 以以SeaWIFS（SeaStar）对一类水体探测为例，）对一类水体探测为

14、例，设置了大气校正通道设置了大气校正通道7（765nm）和和8（865nm）。这二个）。这二个波段的离水辐射度近似为波段的离水辐射度近似为0。生物-光学算法已经扩展到了水中其它组分及海水光学性质的研究。第20页/共63页第二十一页，共64页。2023/2/75.3 生物生物-光学算法的物理光学算法的物理(wl)基础基础1.离水辐射(fsh)度(1)(1)水面水面(shu min)(shu min)上的下行辐照度上的下行辐照度（2 2）水面向下的辐照度）水面向下的辐照度或第21页/共63页第二十二页，共64页。2023/2/75.3 生物生物-光学算法的物理光学算法的物理(wl)基础基础1.离水

15、辐射(fsh)度(3)(3)水次表面水次表面(biomin)(biomin)向上辐照度与向上辐照度与辐射度的关系辐射度的关系 体积散射相函数Q为散射光方向的辐射度与辐照度之比，它与介质对光子散射的空间分布有关。对于光学上各向同性的介质，Q等于。在可见光和近红外光波段，海水的Q约等于4.55；当接近中午太阳天顶角较小时，Q约等于5.0。第22页/共63页第二十三页，共64页。2023/2/75.3 生物生物-光学光学(gungxu)算法的物理基础算法的物理基础1.离水辐射(fsh)度(4)(4)离水辐射离水辐射(fsh)(fsh)度度LwLw的计算的计算综合以上诸式可得：综合以上诸式可得：单位：

16、单位：Sr-1遥感反射率：遥感反射率：第23页/共63页第二十四页，共64页。2023/2/75.3 生物生物(shngw)-光学算法的物理基础光学算法的物理基础2.归一化离水辐射(fsh)度（1 1）物理意义：当太阳）物理意义：当太阳(tiyng)(tiyng)位于天顶处，且消除大气的影响位于天顶处，且消除大气的影响时，海表离水辐射度的近似表达。时，海表离水辐射度的近似表达。（2 2）计算（）计算（GordonGordon）：）：第24页/共63页第二十五页，共64页。2023/2/75.3 生物生物(shngw)-光学算法的物理基础光学算法的物理基础3.离水反射率离水反射率：离水反射率：归

17、一化离水反射率和归一化离水辐射度与入射光达到海归一化离水反射率和归一化离水辐射度与入射光达到海面的辐照度无关面的辐照度无关(wgun)，只与当时当地的海洋内部各种粒，只与当时当地的海洋内部各种粒子的成分和浓度有关。子的成分和浓度有关。单位单位(dnwi)：Sr-1归一化离水反射率：归一化离水反射率：遥感反射率：遥感反射率：第25页/共63页第二十六页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色海洋水色(shu s)要素浓度反演要素浓度反演1.反演海洋水色(shu s)要素需考虑的因素（1）水色遥感图像的大气）水色遥感图像的大气(dq)校正；校正；（2）多种水色要素对离水辐射度的共同贡献；）多种

18、水色要素对离水辐射度的共同贡献；（3）运动的海水对水色要素反演的影响。）运动的海水对水色要素反演的影响。第26页/共63页第二十七页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色要素海洋水色要素(yo s)浓度反演浓度反演2.海洋水色要素的反演(fn yn)方法 经验公式法经验公式法 通过测量水体表面的光谱辐射特征和水中通过测量水体表面的光谱辐射特征和水中各水色要素的浓度，建立二者之间的定量关系。各水色要素的浓度，建立二者之间的定量关系。基于模型的解析基于模型的解析(ji x)算法算法 利用生物利用生物-光学模型描述水体要素与水体光光学模型描述水体要素与水体光谱辐射特征之间的相关性，建立二者之间

19、的关系。谱辐射特征之间的相关性，建立二者之间的关系。第27页/共63页第二十八页，共64页。2023/2/75.4 海洋海洋(hiyng)水色要素浓度反演水色要素浓度反演（1）叶绿素浓度(nngd)反演a.代数法（基于模型的解析算法）代数法（基于模型的解析算法）也称为半分析型生物也称为半分析型生物(shngw)光学算光学算法。法。辐射因子i为海气透射比与海水折射率之比；总吸收系数和后向散射系数：以上这些吸收系数和后向散射系数对应着各物质的浓度。以上这些吸收系数和后向散射系数对应着各物质的浓度。Carder，1996；固有光学量与遥感反射率的关系第28页/共63页第二十九页，共64页。2023/

20、2/75.4 海洋水色要素海洋水色要素(yo s)浓度反演浓度反演（1）叶绿素浓度(nngd)反演a.代数法（基于模型的解析代数法（基于模型的解析(ji x)算法）算法）浮游植物色素浓度C的反演：利用吸收系数：利用吸收系数：利用衰减系数：利用衰减系数：LeeLee等进行了改进：等进行了改进：第29页/共63页第三十页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色要素海洋水色要素(yo s)浓度反演浓度反演（1）叶绿素浓度(nngd)反演b.经验经验(jngyn)算法（算法（）对于I类水体：常用的经验关系：蓝绿比值经验算法 利用水体随着叶绿素浓度的增大，离水辐射度光谱峰从利用水体随着叶绿素浓度的增

21、大，离水辐射度光谱峰从蓝波段向绿波段偏移的机理而提出蓝绿比值经验算法。蓝波段向绿波段偏移的机理而提出蓝绿比值经验算法。第30页/共63页第三十一页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色要素浓度海洋水色要素浓度(nngd)反演反演（1）叶绿素浓度(nngd)反演b.经验算法（经验算法（）-最早针对最早针对(zhndu)CZCS设计设计的的 Gordon双通道算法 Clack三通道算法C1.5mg/m3：其它情况：.NASA的另一种方法：或第31页/共63页第三十二页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色要素海洋水色要素(yo s)浓度反演浓度反演（1）叶绿素浓度(nngd)反演b.经

22、验经验(jngyn)算法（算法（）基于蓝绿比值的MODIS算法（Esaias，1998）反演模型：第32页/共63页第三十三页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色海洋水色(shu s)要素浓度反演要素浓度反演（1）叶绿素浓度(nngd)反演c.经验算法经验算法(sun f)（Tassan模型）模型）预先定义：针对HY-1 COCTS和SeaWiFS：反演公式：其中i,j 分别为接近叶绿素吸收最大值和最小值的波段；m,n 分别位于叶绿素吸收峰的两边，是次级波段。第33页/共63页第三十四页，共64页。2023/2/75.4 海洋海洋(hiyng)水色要素浓度反演水色要素浓度反演（1）叶绿

23、素浓度(nngd)反演c.经验经验(jngyn)算法（算法（NSOAS模型）模型）预先定义：反演公式：该模型与该模型与TassanTassan模型类似，但采用的波段模型类似，但采用的波段510nm510nm和后和后者的者的490nm490nm略有差异。略有差异。第34页/共63页第三十五页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色海洋水色(shu s)要素浓度反演要素浓度反演（2）悬浮泥沙(n sh)浓度反演I.悬浮泥沙定量悬浮泥沙定量(dngling)遥感的试验研究遥感的试验研究 采用水槽光谱实验研究方法，确定不同浓度泥沙含量水体采用水槽光谱实验研究方法，确定不同浓度泥沙含量水体的反射率与

24、水体含沙量之间的相关关系。的反射率与水体含沙量之间的相关关系。包括槽体、循环系统和测量平台。试验中测试水体的固有光学量和表观光学量（归一化）、水体成分。第35页/共63页第三十六页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色要素海洋水色要素(yo s)浓度反演浓度反演（2）悬浮(xunf)泥沙浓度反演I.悬浮泥沙定量悬浮泥沙定量(dngling)遥感的试验研究遥感的试验研究 第36页/共63页第三十七页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色要素海洋水色要素(yo s)浓度反演浓度反演I.悬浮泥沙悬浮泥沙(n sh)定量遥感的试验研究定量遥感的试验研究 450450900nm900nm波段

25、反射率与悬浮泥沙含量存在固定波段反射率与悬浮泥沙含量存在固定(gdng)(gdng)的的关系；关系；随着泥沙含量的增加，光谱反射率增大，但其增幅随着含沙随着泥沙含量的增加，光谱反射率增大，但其增幅随着含沙量的增加而减小，峰值向红光波段移动，即量的增加而减小，峰值向红光波段移动，即“红移现象红移现象”；当含沙量较大时，光谱反射率随含沙量增加趋于某一常数；当含沙量较大时，光谱反射率随含沙量增加趋于某一常数；含沙海水的反射率光谱存在两个峰值（黄光波段和近红外波含沙海水的反射率光谱存在两个峰值（黄光波段和近红外波段），含沙量较低时，第一个峰值大于第二个峰值，随着含段），含沙量较低时，第一个峰值大于第二

26、个峰值，随着含沙量的增加，第二个峰值逐渐升高。沙量的增加，第二个峰值逐渐升高。试验结果分析：试验结果分析：第37页/共63页第三十八页，共64页。2023/2/75.4 海洋海洋(hiyng)水色要素浓度反演水色要素浓度反演.悬浮泥沙遥感的定量悬浮泥沙遥感的定量(dngling)模式模式 有关悬浮泥沙定量遥感反演的模式很多，但尚无统一有关悬浮泥沙定量遥感反演的模式很多，但尚无统一的定量模式或可靠的模型参数。主要原因的定量模式或可靠的模型参数。主要原因(yunyn)(yunyn)在于在于:缺乏足够、可靠的同步实测定标资料；缺乏足够、可靠的同步实测定标资料；利用某个时相遥感资料得到的定量模式，其参

27、数很难具有普利用某个时相遥感资料得到的定量模式，其参数很难具有普遍适用性；遍适用性；第38页/共63页第三十九页，共64页。2023/2/75.4 海洋海洋(hiyng)水色要素浓度反演水色要素浓度反演.悬浮泥沙遥感的定量悬浮泥沙遥感的定量(dngling)模式经验模式经验模式模式 a.a.线性关系式线性关系式b.b.对数对数(du sh)(du sh)关系式关系式适于低含沙量的水域第39页/共63页第四十页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色海洋水色(shu s)要素浓度反演要素浓度反演.悬浮泥沙悬浮泥沙(n sh)遥感的定量模式经验模式遥感的定量模式经验模式 利用利用(lyng)地

28、面同步或准同步的测量数据建立关系，求解模型系数。地面同步或准同步的测量数据建立关系，求解模型系数。3-490nm,5-550nm,6-670nm泥沙遥感参数实验结果R20.90c.c.TassanTassan模型模型d.d.NSOASNSOAS线性模型线性模型第40页/共63页第四十一页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色海洋水色(shu s)要素浓度反演要素浓度反演.悬浮泥沙遥感的定量模式悬浮泥沙遥感的定量模式(msh)理论模式理论模式(msh)a.a.GordonGordon公式公式(gngsh)(gngsh)以大气物理和海洋光学的基本特性为依据，从理论上导以大气物理和海洋光学的基

29、本特性为依据，从理论上导出反射率随悬浮泥沙含量变化的基本关系。出反射率随悬浮泥沙含量变化的基本关系。b.b.负指数关系公式负指数关系公式该式不如对数公式的精度高。第41页/共63页第四十二页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色要素浓度海洋水色要素浓度(nngd)反演反演.悬浮泥沙悬浮泥沙(n sh)遥感的定量模式理论模式遥感的定量模式理论模式 c.c.GordonGordon公式与负指数公式与负指数(zhsh)(zhsh)关系公式联合关系公式联合 A,B,C,G,D A,B,C,G,D为待定系数（参数），可通过回为待定系数（参数），可通过回归计算得出。归计算得出。第42页/共63页第四

30、十三页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色海洋水色(shu s)要素浓度反演要素浓度反演（3）黄色物质(wzh)的遥感反演目前海洋水色遥感对黄色物质的研究目前海洋水色遥感对黄色物质的研究(ynji)(ynji)主要主要有两类：有两类：水色遥感时如何消除黄色物质的干扰水色遥感时如何消除黄色物质的干扰 研究遥感反演黄色物质浓度的方法研究遥感反演黄色物质浓度的方法第43页/共63页第四十四页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色海洋水色(shu s)要素浓度反演要素浓度反演（3）黄色物质的遥感(yogn)反演a.a.TassanTassan模式模式(msh)(msh)1-412nm，2

31、-443nm，3-490nmb.b.NSOASNSOAS线性模型线性模型第44页/共63页第四十五页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色要素浓度海洋水色要素浓度(nngd)反演反演（4）类水体(shu t)的水色反演a.大气大气(dq)校正校正 在近红外波段建立耦合的水文在近红外波段建立耦合的水文-大气光学模式，根据水体后大气光学模式，根据水体后向散射在近红外波段之间的关系，迭代计算近红外波段的气向散射在近红外波段之间的关系，迭代计算近红外波段的气溶胶特性。溶胶特性。假设气溶胶类型在小范围内基本不变，借用邻近较洁假设气溶胶类型在小范围内基本不变，借用邻近较洁净水体的大气条件来计算浑浊海

32、水的气溶胶辐射率，净水体的大气条件来计算浑浊海水的气溶胶辐射率，实现对实现对类水体的大气校正。类水体的大气校正。第45页/共63页第四十六页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色要素海洋水色要素(yo s)浓度反演浓度反演（4）类水体的水色(shu s)反演b.反演反演(fn yn)方法方法 经验公式法经验公式法代数法（前面已介绍）代数法（前面已介绍）神经网络方法神经网络方法非线性最优化法非线性最优化法主成分分析法主成分分析法第46页/共63页第四十七页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色海洋水色(shu s)要素浓度反演要素浓度反演（4）类水体的水色(shu s)反演b.反演反

33、演(fn yn)方法非线性最优化法方法非线性最优化法 首先确定一个海洋水色模式，通过调整作为输入参数的首先确定一个海洋水色模式，通过调整作为输入参数的反演浓度（即叶绿素、悬浮无机物、黄色物质等），重复计反演浓度（即叶绿素、悬浮无机物、黄色物质等），重复计算与之对应的辐亮度值，使得模式计算所得的辐亮度值与实算与之对应的辐亮度值，使得模式计算所得的辐亮度值与实际测得的辐亮度值之间的误差在某个阈值内。际测得的辐亮度值之间的误差在某个阈值内。第47页/共63页第四十八页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色海洋水色(shu s)要素浓度反演要素浓度反演（4）类水体(shu t)的水色反演b.反演

34、方法反演方法(fngf)非线性最优化法（应用时注意）非线性最优化法（应用时注意）设置预测模型的参数时要保证将要反演的未知参量之间设置预测模型的参数时要保证将要反演的未知参量之间的的相关性相关性尽可能小。尽可能小。尽量为每一个需要反演的未知量设定限值，从而保证尽量为每一个需要反演的未知量设定限值，从而保证得到唯一确定的误差最小值，而且还可提高运算速度。得到唯一确定的误差最小值，而且还可提高运算速度。第48页/共63页第四十九页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色要素海洋水色要素(yo s)浓度反演浓度反演（4）类水体的水色(shu s)反演b.反演方法非线性最优化法（应用反演方法非线性最

35、优化法（应用(yngyng)时注意）时注意）内陆水体实测结果用于说明水色要素之间的相关性第49页/共63页第五十页，共64页。2023/2/75.4 海洋水色海洋水色(shu s)要素浓度反演要素浓度反演（4）类水体的水色(shu s)反演b.反演方法反演方法(fngf)主成分分析法主成分分析法 对光谱数据的主成分分析可以决定所需光谱通道数及对光谱数据的主成分分析可以决定所需光谱通道数及每一个光谱通道在反演水体组分浓度时所占的权重。每一个光谱通道在反演水体组分浓度时所占的权重。相对于使用所有波段而言，主成分分析法增强了各波段之间的差别，提相对于使用所有波段而言，主成分分析法增强了各波段之间的差

36、别，提高了反演水体组分的准确性。算法简单、稳定、运算快捷，大气影响自动体现高了反演水体组分的准确性。算法简单、稳定、运算快捷，大气影响自动体现在加权因子中，不必进行大气校正。在加权因子中，不必进行大气校正。第50页/共63页第五十一页，共64页。2023/2/75.5 赤潮现象赤潮现象(xinxing)的遥感监测与反演的遥感监测与反演（1）赤潮(ch cho)水体的光谱特性 赤潮水体具有两个反射峰，赤潮水体具有两个反射峰，而正常而正常(zhngchng)(zhngchng)海水则表现海水则表现为单峰，同时，赤潮水体的反射为单峰，同时，赤潮水体的反射率都在率都在2%2%以下，而正常以下，而正常(

37、zhngchng)(zhngchng)海水的反射率最高海水的反射率最高达达6.40%6.40%。690-710nm的反射峰是赤潮水体的特征光谱。第51页/共63页第五十二页，共64页。2023/2/7不同(b tn)浓度的蓝绿藻的影响不同浓度的绿藻(l zo)的影响 不同优势种类、不同浓度藻类引起(ynq)的赤潮水体光谱曲线，反射峰位置都有所差别。5.5 赤潮现象的遥感监测与反演赤潮现象的遥感监测与反演（1）赤潮水体的光谱特性第52页/共63页第五十三页，共64页。2023/2/75.5 赤潮现象的遥感监测赤潮现象的遥感监测(jin c)与反演与反演（2）赤潮水体(shu t)的遥感监测 赤潮

38、水体与正常水体所表现出的不同光谱特征，是赤赤潮水体与正常水体所表现出的不同光谱特征，是赤潮水体遥感潮水体遥感(yogn)(yogn)监测的基础。监测的基础。随赤潮生物密度的加大，海水后向散射蓝光和绿光波随赤潮生物密度的加大，海水后向散射蓝光和绿光波段的辐射量明显减小，而红光波段的辐射量则相应增大。段的辐射量明显减小，而红光波段的辐射量则相应增大。这也是赤潮水体呈现红色的主要原因。这也是赤潮水体呈现红色的主要原因。a.原理基础原理基础 第53页/共63页第五十四页，共64页。2023/2/75.5 赤潮赤潮(ch cho)现象的遥感监测与反演现象的遥感监测与反演（2）赤潮(ch cho)水体的遥

39、感监测 能够最有效地将赤潮与悬浮泥沙和叶绿素等区分开能够最有效地将赤潮与悬浮泥沙和叶绿素等区分开的光谱波段是最佳波段。的光谱波段是最佳波段。赤潮水体光谱的吸收谷和反射峰（尤其赤潮水体光谱的吸收谷和反射峰（尤其(yuq)(yuq)是是690-710nm690-710nm波段范围）可视为赤潮遥感探测的最佳波段。波段范围）可视为赤潮遥感探测的最佳波段。b.遥感探测的最佳波段遥感探测的最佳波段 但目前，海洋水色卫星传感器大都未设置赤潮监测波段，很多研究采用航空高光谱遥感技术。第54页/共63页第五十五页，共64页。2023/2/7c.不同平台遥感不同平台遥感(yogn)数据在赤潮监测中的可用数据在赤潮

40、监测中的可用性性 第55页/共63页第五十六页，共64页。2023/2/75.5 赤潮赤潮(ch cho)现象的遥感监测与反演现象的遥感监测与反演（2）赤潮水体(shu t)的遥感监测 目前采用卫星、飞机和现场船舶等多种手段，对赤潮的分布目前采用卫星、飞机和现场船舶等多种手段，对赤潮的分布形态、发生范围、生物种类、贝毒和海洋水文、海洋化学等多种形态、发生范围、生物种类、贝毒和海洋水文、海洋化学等多种要素进行监测。要素进行监测。赤潮遥感探测方法赤潮遥感探测方法(fngf)(fngf)大致可归纳为单波段遥感技术、大致可归纳为单波段遥感技术、多波段遥感技术和数值模拟遥感技术。多波段遥感技术和数值模拟

41、遥感技术。d.赤潮遥感探测的方法赤潮遥感探测的方法 第56页/共63页第五十七页，共64页。2023/2/75.5 赤潮现象赤潮现象(xinxing)的遥感监测与反演的遥感监测与反演（2）赤潮水体(shu t)的遥感监测 考虑考虑(kol)(kol)到资料的时效性和实用性，海面温度到资料的时效性和实用性，海面温度SSTSST的异常的异常变化是赤潮监测中非常有效的方法。变化是赤潮监测中非常有效的方法。温度是赤潮发生的一个重要环境因素，直接或间接控制着赤温度是赤潮发生的一个重要环境因素，直接或间接控制着赤潮生物的生长和增殖，同时也影响着赤潮生物的水平分布。反之，潮生物的生长和增殖，同时也影响着赤潮

42、生物的水平分布。反之，赤潮发生时，赤潮发生时，SSTSST在水平和垂直方向上出现异常变化。在水平和垂直方向上出现异常变化。d.赤潮遥感探测的方法赤潮遥感探测的方法-利用利用SST 第57页/共63页第五十八页，共64页。2023/2/75.5 赤潮现象赤潮现象(xinxing)的遥感监测与反演的遥感监测与反演（2）赤潮(ch cho)水体的遥感监测 浮游植物细胞数的遥感探测浮游植物细胞数的遥感探测(tnc)(tnc)模型：模型：d.赤潮遥感探测的方法赤潮遥感探测的方法-利用利用NDVI 赤潮发生后，浮游植物细胞数急剧增加，可设定赤潮发生后，浮游植物细胞数急剧增加，可设定PhyPhy的阈的阈值来

43、判断赤潮区域。值来判断赤潮区域。直接利用直接利用NDVINDVI进行赤潮探测进行赤潮探测:NDVI NDVI在一般情况下小于在一般情况下小于0,0,而当而当NDVINDVI大于大于0 0时，表明海时，表明海水表层有高浓度的浮游藻类聚集。水表层有高浓度的浮游藻类聚集。第58页/共63页第五十九页，共64页。2023/2/75.5 赤潮现象的遥感监测赤潮现象的遥感监测(jin c)与反演与反演（2）赤潮水体(shu t)的遥感监测d.赤潮赤潮(ch cho)遥感探测的方法遥感探测的方法-利用利用NDVI 赤潮生物细胞数指数（南海分局）：赤潮生物细胞数指数（南海分局）：F F值越大，则赤潮的值越大，

44、则赤潮的规模就越大。规模就越大。A为赤潮生物基准细胞数阈值第59页/共63页第六十页，共64页。2023/2/75.5 赤潮赤潮(ch cho)现象的遥感监测与反演现象的遥感监测与反演（2）赤潮水体的遥感(yogn)监测d.赤潮遥感探测的方法赤潮遥感探测的方法(fngf)-利用叶绿素利用叶绿素a 赤潮发生时，叶绿素赤潮发生时，叶绿素a a浓度一般较高，且在赤潮形成过浓度一般较高，且在赤潮形成过程中，叶绿素程中，叶绿素a a浓度增加速率较快。浓度增加速率较快。avt和a_r是赤潮临界值，随海区不同、赤潮藻类不同而有变化，需要根据实际情况决定。第60页/共63页第六十一页，共64页。2023/2/

45、75.5 赤潮现象赤潮现象(xinxing)的遥感监测与反演的遥感监测与反演（2）赤潮(ch cho)水体的遥感监测d.赤潮遥感探测赤潮遥感探测(tnc)的方法的方法-其它方法其它方法 多波段差值比值法多波段差值比值法 数值模拟法数值模拟法 人工神经网络法人工神经网络法 多种监测技术联合法多种监测技术联合法 第61页/共63页第六十二页，共64页。2023/2/75.5 赤潮赤潮(ch cho)现象的遥感监测与反演现象的遥感监测与反演（2）赤潮水体的遥感(yogn)监测e.赤潮赤潮(ch cho)遥感探测的优缺点分析遥感探测的优缺点分析 卫星遥感监测具有同步性、平均性和广域性的优点，但在卫星遥感监测具有同步性、平均性和广域性的优点，但在回归周期、空间分辨率、波段设置、成像条件、技术方法回归周期、空间分辨率、波段设置、成像条件、技术方法等方面尚有许多不足之处。等方面尚有许多不足之处。航空遥感监测具有空间和光谱分辨率的优势，能够实时的航空遥感监测具有空间和光谱分辨率的优势，能够实时的对赤潮现象进行监测，而且其定量化程度较高。对赤潮现象进行监测，而且其定量化程度较高。赤潮遥感监测技术还不能达到业务化运行的要求。第62页/共63页第六十三页，共64页。2023/2/7感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)。第63页/共63页第六十四页，共64页。