水色湖泊遥感.ppt

湖泊水色遥感研究 一研究现状与进展二面临的难点及问题三最近相关工作 一研究现状与进展 1 卫星传感器2 大气矫正3 光学参数测量4 基础理论及模型5 水色参数遥感反演 卫星传感器海洋一类水体CZCS 1978 1986年 SeaWiFS 1997年至今 MODIS 1999年至今 MERIS 2002年至今 GTI 我国HY 1A BCOCTS 2002年至今 等 评价 专用于海洋水色的传感器 在光谱 时间分辨率和信噪比方面具有优势 但普遍空间分辨率较低 内陆二类水体1 陆地卫星多光谱传感器LandsatTM ETM SPOTHRV CBERSCCD EO 1ASTER beijing 1CCD等 评价 具有较高的空间分辨率 20 30m左右 但时间分辨率较低 15 30d 无法及时的监测水体污染事件 实用性受限 2 星载及机载高光谱传感器EO 1Hyperion及AVRIS OMIS CASI AISA 评价 信噪比一般较低切传感器刈 yi 幅较窄 监测范围有限 特别 HJ 1A BHIS 空间分辨率 20 30m 高时间分辨率 高光谱分辨 450 950nm 且观测幅宽 720km 大气校正水色遥感信号反映在某一通道 i 接受的大气顶层辐亮度TOA主要由以下几部分 简记为 Lt Lpath TLg tLwc tLw tLb1 卫星接收到的信号为大气顶层辐亮度 其中水体离水辐射约占10 甚至更低 大气程福射约占90 Kirk 1994 2 当叶绿素浓度由0 01mg m3变化到10 0mg m3时 传感器接受的大气顶层信号几乎没变化 Gordon 1992 结论 剔除大气影响在湖泊水色遥感反演中尤为重要 也是水色遥感的关键所在 而离水辐亮度的关键在于气溶胶散射项的计算 大气校正算法一类水体 通用GORDON标准算法陆地遥感大气校正方法 LOWTRAN MODTRAN 5S 6S ACORN FLAASH ATREM以及HATCH等 评价 这些模型算法需要复杂的参数 实时遥感大气校正困难 难以实现大气校正的业务化运行为此 国际水色遥感界提出了针对 亮像元 近红外离水辐射非零 的大气校正算法 但目前还处于区域性试验阶段 光学特性测量表观光学特性核心 离水辐亮度或遥感反射率测量方法 剖面法以及水面以上测量法 水面以上测量法是NASASeaWiFS测量规范推荐的方法 目前较为成熟 特别适合湖泊水体 固有光学特性主要包括 吸收系数 后向散射系数和衰减系数等 随着测量仪器的发展 现场同步测量水体吸收系数和衰减系数已成为可能 后向散射的获取可以直接通过仪器测量也可以通过理论计算获得 影响水体光学特性因素大洋一类水体主要是叶绿素 内陆湖泊等 类水体中 包含浮游植物色素 悬浮颗粒以及黄色物质等 引起的光学特性远比 类水体复杂的多 基础理论及模型理论 水体辐射传输是水色要干的基础理论水体辐射传输模型 国外著名的有 Hydrolight辐射传输模型以及MonteCarlo辐射传输模型 这两个模型在辐射传输方程的参数化过程中起了重要作用 这些模型可以应用于湖泊水色遥感中 存在的问题 由于湖泊存在光学深水和光学浅水 在光学浅水中 基本的辐射传输过程没有变化 但光的传播环境发生了变化 从而影响了解决辐射传输问题的假设和边界条件 潘德炉等 2008 国内 这方面研究还处于起步阶段 水色参数反演凡存在显著光谱特征或光学特性的水体组分参数 即光活性物质 都可以通过遥感实施定量反演 如叶绿素 悬浮物 DOC等 主要反演方法 经验 半经验方法 核心是水色参数光谱特征的先验已知性 虽然基于卫星遥感影像数据的半经验算法的理论基础不明确 但在特定的湖区 针对特定的传感器 半经验算法却具有较强的稳定性 同时具有较高的反演精度 半分析方法 核心是生物光学模型 它是目前湖泊水色遥感的研究热点 使用的方法是矩阵分解法 二难点及问题1 传感器方面 湖泊的水质变化较为迅速 数小时内就会发生非常大的变化 因此对于湖泊水质卫星遥感的业务化运行而言 首先要求卫星传感器具有高时间分辨率 其次是高空间分辨率 然后才是高光谱分辨率 但通常使用的卫星传感器很难同时满足上述3个要求 研制一个专门的湖泊水色遥感传感器 将有广阔的应用前景 2 算法方面 需要针对内陆湖泊的水体特点 改进或发展合适的大气校正算法 3 反演方面 需要加强水体光学特性的基础知识 另一方面需要加强数学建模研究 从而来提高反演的精度 4 尺度问题 尺度问题显著地贯穿于水质参数遥感反演过程的始终 建立水质参数遥感反演的尺度模型 可以更加准确地定量卫星遥感的反演误差 理解误差的传递过程及其尺度误差对反演结果的影响和贡献 马荣华 2009 目前水色遥感界普遍认为 由于模型参数的差异 很难建立一种普适的水色遥感反演模式 不同的湖泊水体 同一湖泊不同的湖区 同一湖区不同