基于静止轨道水色卫星GOCI的渤海浑浊水体遥感信息提取方法研究

【摘要】我国渤海及其黄河口海域为典型浑浊水体，光学性质复杂多变，其大气校正、水色反演等信息提取一直是研究的难点和热点。世界上第一颗静止轨道海洋水色卫星2010年成功发射，将水色观测周期由天提高至小时；使得近岸复杂水体的水色算法研究和水色现象的观测，得到了宝贵的数据支持。本论文基于静止轨道水色卫星，针对我国渤海及黄河口海域浑浊水体的大气校正困难和水色遥感反演算法的需求，主要完成了几个方面的工作：（1）针对黄河口海域悬浮物浓度高，水体浑浊，从而大气校正困难的问题，基于GOCI影像和实测数据，对借用清洁像元方法、紫外方法、近红外经验方法、KOSC浑浊水体大气校正方法在该海域进行了适用性评估。大气校正方法的前提假设适用性分析发现，KOSC大气校正方法所采用的近红外和红光波段的经验关系在黄河口海域的适用性差；紫外大气校正方法所采用的412nm波段暗像元假设对于本研究区是基本合理的；渤海海峡水体近红外波段光谱较为接近清洁像元特征，将其应用于本研究区的借用清洁像元大气校正方法；近红外经验方法所采用的近红外两个波段的水体反射率比值和气溶胶反射率比值的经验值（k=1.71，ε=1）适用于本研究区。从大气校正结果的时空分布态势来看，低浑浊水体情形下不同大气校正方法得到的各波段反演结果具有较好一致性；中高浑浊水体的情形下，近红外经验和紫外大气校正结果的空间分布态势相对较为合理且二者的一致性较好。基于实测-卫星时空同步数据（18.6~295.22mg/m3）定量分析表明，近红外经验大气校正方法结果总体表现最好，均方根误差在0.01~0.03之间，相对误差在6%~48%之间，其中555-680nm之间相对误差小于15%；紫外方法存在明显高估，借用清洁像元方法存在明显低估。(2)由于黄河年输沙量巨大，因此对于整个渤海颗粒有机碳浓度的贡献是非常重要的，针对颗粒有机碳浓度目前在黄河口海域没有反演算法的问题，建立了三种POC反演模型：分别是基于745nm、680nm和波段组合的模型，745nm单波段POC反演模型（模型1）平均相对误差为20.4%，均方根误差为18.4，最优，且优于传统的蓝绿波段模型。将模型应用于卫星数据的检验结果表明，该模型POC反演结果的时空分布合理，平均相对误差30%以下。在时空变化特征方面，季节变化趋势为冬季POC整体最高，渤海湾附近出现最高值；夏季POC整体最低；渤海海峡附近总体而言全年均为POC低值区域；1日POC反演逐时影像结果表明，POC的逐时变化尺度与季节变化可在一个量级上。基于静止轨道水色卫星制作POC月平均产品较显著提高了POC空间覆盖率、统计有效性和结果的可靠性。(3)吸收系数是反演水体光学性质的重要参量，目前其浑浊水体反演算法具有明显的区域特征，针对渤海海域，利用实测数据建立了基于Rrs(660)/Rrs(490)的412nm、443nm、490nm和555nm波段的吸收系数反演经验模型，相关系数约为0.9，平均相对误差均低于20%；优于QAA及其修正算法。将该方法应用于GOCI影像，发现渤海吸收系数高值区主要分布在辽东湾、渤海湾、莱州湾，不同日期的日变化特征差异显著。最后在总结已完成工作的基础上，论文对黄河口海域大气校正算法未来的研究提出了下一步的工作设想；针对GOCI高时间分辨率特征，提出了下一步的工作内容，包括时序影像的深入分析讨论，融合时序特征的水色反演算法的研究，以及平均产品制作的考虑等。
【作者】牟冰；
【导师】郑荣儿；张杰；
【作者基本信息】中国海洋大学，海洋信息探测与处理，2014，博士
【关键词】GOCI；浑浊水体；大气校正；POC遥感反演；吸收系数反演；

【参考文献】
[1]李海玲.CaO：Eu和ZnGa_2O_4：Cr长余辉发光性能研究[D].广东工业大学,电子科学与技术,2013,硕士.
[2]唱鹤鸣.数字漂移和噪声滤波器设计[J].石油地球物理勘探,1980,05:72-76.
[3]廖年忠.关于我国社会转型时期体育价值取向的研究[D].华南师范大学,体育人文社会学,2004,硕士.
[4]袁芳.突破基层治理的瓶颈[D].华中师范大学,地方政府学,2013,硕士.
[5]韩惠琴,刘柏嵩,董其军.知识发现在数字图书馆中的应用[J].大学图书馆学报,2001,01:16-19.
[6]沈有信,刘文耀,崔建武.滇中喀斯特森林土壤种子库的种-面积关系[J].植物生态学报,2007,01:50-55.
[7]常东岳.锦州市传染病医院网上挂号预约管理系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[8]贺贝贝.管理层权力与投资效率的实证研究[D].山西财经大学,会计学,2014,硕士.
[9]孙志河.新形势下县级职教中心办学模式的研究[D].天津大学,教育经济与管理,2004,硕士.
[10]王泽宇.上海公安信息综训练平台的测试设计与实现[D].东华大学,软件工程（专业学位）,2014,硕士.
[11]陈志旺,陈林,白锌,杨七,赵方亮.求解约束多目标区间优化的交互多属性决策NSGA-II算法[J].控制与决策,2015,05:865-870.
[12]王玲玲.老年脓毒症患者肠屏障功能的变化及高容量血液滤过对其的影响[D].南方医科大学,急诊医学,2012,硕士.
[13]柴艺菲.太原市公共租赁住房的租金定价研究[D].山西财经大学,社会保障,2013,硕士.
[14]常剑锋.电子商务企业物流运营模式选择研究[D].北京交通大学,2011.
[15]谢玉芬.ZH公司药用包装项目财务策略研究[D].哈尔滨工业大学,会计学,2014,硕士.
[16]陈玥.基于计算思维的中学信息技术教育的研究[D].扬州大学,现代教育技术（专业学位）,2012,硕士.
[17]尚云鹏.三维荧光光谱分类识别方法与实验研究[D].北京化工大学,控制科学与工程,2013,硕士.
[18]陈新斌.海水胁迫下菠菜叶片叶黄素循环调控叶绿素代谢的机理研究[D].南京农业大学,蔬菜学,2013,硕士.
[19]于成民,曾永宁,孙仁涛,冯桂华,刘佩瑶,关杰.双霍尔元件磁敏电流传感器的研究[J].仪表技术与传感器.1992(05)
[20]李铁链.直驱式永磁曳引机无称重传感器起动转矩控制方法研究[D].哈尔滨工业大学,电气工程,2014,硕士.
[21]吴小刚.可控串补抑制电力系统次同步振荡的应用研究[D].西南交通大学,电力系统及其自动化,2014,硕士.
[22]朱旭旭.小型化超宽带天线的设计与研究[D].南京邮电大学,电子与通信工程（专业学位）,2013,硕士.
[23]许骥骏.中小市值上市公司现金股利分配比例分析[D].南京农业大学,工商管理,2012,硕士.
[24]伍秋频.婴儿特发性肝内胆汁淤积SLC25A13基因热点突变研究[D].广西医科大学,儿科学,2013,硕士.
[25]陈艳丽,彭向阳,杨红,常胜利,张凯旺,钟建新.拓扑绝缘体Bi_2Se_3中层堆垛效应的第一性原理研究[J].物理学报,2014,18:416-422.
[26]仲升.基于SPATIAL ATRIUM移动软交换升级方案的研究与实现[D].电子科技大学,电子与通信工程（专业学位）,2012,硕士.
[27]吴鹏飞.基于FPGA的LFMCW太赫兹成像系统的建模与仿真[D].河北大学,电路与系统,2014,硕士.
[28]罗晶.染污玻璃沿面放电现象研究[D].华中科技大学,电气工程,2013,硕士.
[29]项杰.头孢拉定和乳酸加替沙星废水高级氧化预处理技术研究及应用[D].浙江工业大学,环境工程,2013,硕士.
[30]黄向生,杨小帆,王阳生.基于提升方案的高维形态小波构造(英文)[J].自动化学报,2003,05:726-732.
[31]王宪云.溶血磷脂酸对骨髓间充质干细胞凋亡和自噬的调节及其相互关系的研究[D].北京协和医学院,生物化学与分子生物学,2014,博士.
[32]吕志涛.高效环保型水系灭火剂研究[D].南京理工大学,军事化学与烟火技术,2013,硕士.
[33]王春艳.山西省师范类院校大学英语课堂教师话语分析[D].山西师范大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[34]罗震宇.东喜马拉雅构造结变质岩石学和显微构造特征及其地质意义[D].中国地质大学,构造地质学,2003,硕士.
[35]李小庆.基于现代教学质量观的高校教师教学质量评价研究[D].中国地质大学（北京）,高等教育学,2013,硕士.
[36]杨小兵.基于多光谱影像和DEM的泥石流堆积扇识别研究[D].兰州大学,地图学与地理信息系统,2013,硕士.
[37].《浙江大学学报(农业与生命科学版)》稿约[J].浙江大学学报(农业与生命科学版),2015,02:245.
[38]王育龙.城市商业综合体内部公共空间设计研究[D].新疆大学,建筑设计及其理论,2013,硕士.
[39]谭小金.我国医护人员遭砍杀事件的非制度因素研究[D].中国政法大学,公共管理（专业学位）,2014,硕士.
[40]金碚.中国工业改革开放30年[J].中国工业经济,2008,05:5-13.
[41]蒙智巍.回声抵消测试系统硬件设计与实现[D].南京航空航天大学,电路与系统,2004,硕士.
[42]王关怀.湖南省农村公共体育服务供给现状及对策[D].湖南师范大学,体育人文社会学,2014,硕士.
[43]王泽君.引渡特征与基本原则探究[D].四川大学,刑法,2003,硕士.
[44]赵常要1,邓新生2.隧道质量无损检测中雷达波形分析与探讨[J].铁道标准设计,2014,12:109-112.
[45]袁海霞.宫腔镜电切术治疗内突型子宫腺肌瘤的疗效评价[D].山东大学,临床医学（专业学位）,2013,硕士.
[46]张丽萍.生物质热裂解过程的节能与优化[D].青岛科技大学,化学工程,2013,硕士.
[47]彭存建.忆阻器建模及忆阻器混沌应用研究[D].杭州电子科技大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[48]骆自超.基于数据挖掘的发动机缸盖燃烧室容积制造误差控制方法研究[D].上海交通大学,车辆工程,2014,硕士.
[49]王敏.具有拒识功能的人脸识别算法研究[D].哈尔滨工业大学,计算机科学与技术,2013,硕士.
[50]周峰.基于压缩感知的信道估计及自适应预测[D].大连理工大学,通信与信息系统,2013,硕士.