[发明专利]一种浑浊水体颗粒有机碳浓度的遥感反演方法

说明书

本发明公开一种浑浊水体颗粒有机碳浓度的遥感反演方法，属于水质参数遥感反演领域。其包括下述步骤：获取研究区表层水体悬浮物(TSM)浓度、颗粒有机碳(POC)浓度以及悬浮物粒径分布(PSD)的数据；获取现场遥感反射率以及研究区遥感影像；对现场遥感光谱数据进行处理，获取遥感反演的敏感波段，接下来建立颗粒有机碳浓度和悬浮物浓度、颗粒物粒径分布的统计关系、悬浮物浓度的遥感反演模型、粒径分布的遥感反演模型，最后通过三者联立得到建立基于悬浮物浓度和粒径分布的颗粒有机碳遥感反演方法。本发明提供的一种浑浊水体颗粒有机碳浓度的遥感反演方法能够直接反映遥感反演模型的物理基础，提高遥感反演的精度。

技术领域

本发明涉及一种浑浊水体颗粒有机碳浓度的遥感反演方法，适用于二类浑浊水体表层颗粒有机碳(Particulate Organic Carbon,POC)遥感反演，属于水质参数遥感反演技术领域。

背景技术

基于遥感技术来获取水质参数是根据遥感信号与水体光学活性物质之间的关系模型，通过遥感影像的形式反演出某一区域的水质参数的过程。它已广泛应用到水资源管理与水环境保护等诸多领域，并为相关部门提供科学决策的依据。

当前，基于遥感技术获取水质参数已经成为一个非常活跃的研究方向，世界海洋环流实验WOCE、海洋通量联合研究计划JGOFS、南大西洋通风实验SAVE、我国的国家重点基础研究发展计划(973计划)和其他项目试验研究均取得了诸多成果。目前基于遥感技术获取水质参数的方法主要有经验模型，半分析模型，理论分析模型。

其中，经验模型灵活方便易于实现，在遥感反演中广泛应用。目前能够直接通过水色遥感获取的水质参数主要有叶绿素(chlorophyll-a,Chl-a)、悬浮物(total suspendedmatter,TSM)、有色可溶性有机物(Colored dissolved organic matter,CDOM)，而POC本身不具有光学活性，不能直接获取，许多研究直接利用遥感反射率和POC浓度建立经验关系模型，不具有明确的物理意义。另外，POC主要吸附于悬浮物上，悬浮物的粒径分布(particlesize distribution,PSD)变化影响POC的吸附能力，也是影响水体遥感信号变化的主要因素，然而现有水色算法几乎不考虑粒径及分布模式对遥感反射率的影响,忽略了水体悬浮颗粒物粒径分布的体积浓度对POC浓度反演的影响。

为了克服这个缺点，邢建伟等研究者发现POC与TSM实测数据呈现极显著的线性正相关关系，水体TSM浓度是POC浓度水平和垂向输运的主要载体，因此可以通过光学活性物质TSM间接得到POC遥感反演。研究者王芳、王繁等试图将粒径分布加入到TSM模型中以提高模型精度。但只考虑中值粒径D₅₀，而D₁₀和D₉₀没有参与其中，针对POC浓度的遥感反演，其粒径分布的参与更是少。

传统的颗粒有机碳浓度遥感反演方法直接通过遥感反射率和水体POC浓度来建立关系模型来反演POC浓度，但是这种方法没有明确的物理意义，精度较低。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种浑浊水体颗粒有机碳浓度的遥感反演方法，该方法具有明确的物理意义，包括水体POC遥感反演的两个影响因素：一个是TSM浓度变化引起的POC质量浓度的变化，另一个是由于悬浮物PSD的变化引起的POC体积浓度的变化，该方法能直接反映遥感反演模型的物理基础，提高遥感反演的精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种浑浊水体颗粒有机碳浓度的遥感反演方法，其包括以下步骤：

(1)数据准备，研究区采集表层水体并且现场获取水体光谱，在实验室获取水体TSM浓度、POC浓度以及悬浮物PSD的数据，获取现场遥感反射率以及下载研究区遥感影像并对遥感影像进行预处理；

(2)处理现场测量水面的光谱数据，根据水面光谱双峰特征以及遥感反射率和TSM、POC的相关性确定遥感反演的敏感波段，将其应用于POC遥感反演模型中；