武汉东湖叶绿素a和悬浮物浓度的高光谱遥感反演模型研究

本文以武汉东湖为实验区,以主要水质遥感监测指标叶绿素a和悬浮物为主要研究对象,利用水体光谱数据和同步观测的水质参数浓度数据,研究了东湖叶绿素a和悬浮物定量遥感反演特征波段与波段组合,在此基础上构建了经验模型。

研究报告

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武汉东湖叶绿素 a悬浮物浓度的高光谱遥感反演和模型研究 梁思安巧绒王佳 (中航工业飞行试验研究院陕西西安 7 O 8 ) 1 0 9 摘要：本文以武汉东湖为实验区，以主要水质遥感监测指标叶绿素a和悬浮物为主要研究对象。利用水体光谱数据和同步测的水质参数浓观度数据，究了东湖叶绿素a研和悬浮物定量遥感反演特征波段与波段组合，在此基础土构建了经验模型。 关键词：东湖叶绿素a悬浮物高光谱遥感经验模型 中图分类号： 6 G4文献标识码： A文章编号： 6 4 9 X 2 1 )0 a - 0 9 0 1 7 -0 8 ( 0 1 () 0 2— 2 2 湖泊是地球上重要的淡水资源。然而

近年来，自然因素和人为因素的共同作用在

设了 l个采样点位 (样点空间位置如图 0采 反演模型，别是适合研究区的经验模型，特 i示 )于 2 0年 i、月、月和 2 1年 3我们有必要分析目标水体及其主要组分的所， 07月 3 4 00

下，国特别是长江中下游湖泊水环境变化月、月、月在采样点测量了水面光谱数据光谱特征。我 4 5 剧烈，积持续萎缩，泊水质持续恶化，面湖 和同步水质参数数据。水面光谱数据测量 2 1 1东湖水体反射光谱特征 ..湖泊水质问题的解决迫在眉睫。质监测采用“面以上法” -,用的光谱仪是水水 3使 本文测得的东湖水体遥感反射率光谱如是水质评价与水污染防治的主要依据。与传美国S e l r t司生产的E P 0 0型图2示。体而言， t la Ne公 P 20微所整测得的遥感反射率小于统的水质监测方法相比，质遥感监测具光纤光谱仪和美国 AS水 D公司生产的野外分 0.2,悬浮物浓度范围为5 5 mg 0 5而~ O/m ,有明显的优势。质遥感监测是通过研究光辐射光谱仪 F ed p c r。中 2 O属中低浓度泥沙水体。与唐军武等人的结水 il S e P o其 07这水体

反射光谱特征与水质参数浓度之间的年光谱数据测量使用 E 2 0微型光纤 PP 0 0关系，立水质参数反演算法实现的…,建具光谱仪， 2 1年则是 AS Fil pe光而 00 D edS c有监测范围广、速度快、本低和便于进行谱仪。成在每个采样点同步测量水质参数，即长期动态监测的优势。 叶绿素 a度和悬浮物浓度，用的水质参浓使

论是一致的，一般而言，了高浓度泥沙即除水体，水体的遥感反射率小于 0 0 1 J东湖 . 5口。水体反射光谱曲线具有内陆水体的典型特

征：0— 0 n 4 0 5 0 m反射率低； 5~ 8 1以 5 0 5 0" 1 m叶绿素 a( 0 Phyl—a, Chl o r l缩数测量仪是美国哈希 ( c )司研制的及 7 0 Ha h公 0 nm附近出现明显的反射峰；6 5" 2 im 1

写为 Chl )和悬浮物 ( Pe de Hy r lb—a SUs n d d oa DS多参数水质监测仪。个附近出现反射率谷值或呈肩状； 7 n 5每 6 0 m附 S d me t缩写为S )主要的水质监测采样点连续测量 3组数据，其平均值作近出现明显吸收峰。 ei n, S是 0取 指标，者浓度的高低极大的影响着水体为该点的水质参数值。二 光学特性。地面实测高光谱数据、以同步水 浮物浓度定量遥感的最佳波段和模型，对推进湖泊水质遥感具有重要意义。 由于在不同点位不同时间进行水面反射光谱测量时，境遮挡、量角度以及光环测

质数据为基础，究内陆水体叶绿素 a悬 2反演模型研和 2 1光谱特征分析 .

照条件等因素的变化都会影响反射率绝对数值的大小。水体遥感反射率数据进行对

水中的各种物质对光辐射的吸收和散归一化处理有利于减小这些影响，于比便由于测量仪器 射性质决定了水体的光谱特征，这是水质参较不同测量条件下的结果。

1数据获取与分析 本文以典型内陆湖泊一东湖作为研究区，污染较严重的郭郑湖和庙湖湖区布在

数反演的基础。了纯水本身，绿素 a悬的限制，个波段间的信

噪比都不相同。除叶、各 浮物和黄色物质是影响水体光谱的主要物在水体光谱数据的处理中，们一般选择我 0~0 n 质。为了选出最佳波段组合，优化水质参数 4 0 8 0 m波段范围进行归一化处理。 2 12单波段相关分析 ..将所有采样点的归一化遥感反射率数据与同步水质参数数据及其对数数据进行单波段相关分析，找水体归一化遥感寻

反射率与水质参数浓度之间的最大相关波段。波段相关分析结果如图3示，中单 N其 Rn—C、 Rn l C分别表示归一化遥感反—n射率数据与水质参数数据和水质参数数据的对数的相关系数；下标 c l s t别表示 h、 s分叶绿素与悬浮物。析结果表明， 1 nm分 70 和50 nm是两种水质参数共同的敏感波 7

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喻家湖图1武汉东湖各子湖及主要观测样点的空间分布

图2东湖水体反射光谱曲线

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