[发明专利]一种基于半分析模型的沉水植被光谱水体影响校正方法

说明书

本发明涉及一种基于半分析模型的沉水植被光谱水体影响校正方法，其步骤如下：测量沉水植被水面以下遥感反射率、水体叶绿素与悬浮物浓度以及有色可溶有机物的吸收系数和水深，记录或计算测量期间的太阳天顶角；由水色要素浓度估算水体吸收系数和后向散射系数；由水色要素浓度与水深生成输入样本，由辐射传输模型生成训练数据集；通过最优化方法拟合研究区半分析沉水植被光谱校正模型的待定系数；将沉水植被水面以下遥感反射率、水体吸收系数和后向散射系数、水深以及太阳天顶角输入至水体影响校正模型，得到沉水植被本征植被反射率。本发明能将水体光学信号从沉水植被与水体浑浊介质的反射率中去除，恢复沉水植被的本征植被反射率。

(一)所属技术领域

本发明涉及一种基于半分析模型的沉水植被光谱水体影响校正方法，属于光学遥感领域，在水色遥感技术研究以及水生生态学研究方面具有重要意义。

(二)背景技术

湿地具备涵养水源、蓄水泄洪、保持生物多样性等生态功能，是地球三大生态系统之一。沉水植被是湿地的重要组成部分，它具有降低水体浑浊度、吸收水体重金属离子、抑制水体富营养化的生态功能，因此监测沉水植被的生长状态和分布范围对于保护湿地具有极其重要的意义。由于沉水植被生长于水中，常规地面调查方法的实施难度大，且难以对大面积湿地的沉水植被进行长期、持续的监测，而遥感技术具有大范围、周期短、无需接触的优势，利用遥感技术监测湿地沉水植被的优势十分明显。

不同于陆地植被，沉水植被生长于水底，其植物体全部浸没在水中，传感器观测得到的光谱信号不仅会受到植物叶片生理、生化参数、冠层结构参数等植物因素的影响，还会受到水体以及水底光学特性的干扰。水体的强吸收特性不仅会削弱传感器接收的植物信号，还会导致其曲线形状发生改变，原有的典型植物光谱特征逐渐弱化乃至趋于消失。因此，分离水体与沉水植被的光谱信号，恢复沉水植被本征植被反射率将有助于提高沉水植被相关遥感算法的应用精度。

(三)发明内容

本发明涉及一种基于半分析模型的沉水植被光谱水体影响校正方法，其技术解决方案是：在一种水生植被辐射传输模型和陆地植被辐射传输模型的基础上，计算模拟数据集并通过最优化方法求解半分析光学浅水模型的待定系数，在已知沉水植被水面以下遥感反射率、水深以及水色三要素的前提下，解算模型从而得到沉水植被本征植反射率。其具体步骤如下：

步骤一：按照水体反射光谱测量相关方法和规范，测量并获取含有沉水植被的水体的水面以下遥感反射率测量并获取水色三要素，即水体叶绿素浓度、悬浮物浓度以及有色可溶有机物吸收系数，测量水体深度H，记录测量期间的太阳天顶角θ_w；

步骤二：根据水色三要素的测量结果，计算目标区域水体总的吸收系数和散射系数：

a(λ)＝a_pw(λ)+a_ph(λ)+a_NAP(λ)+a_CDOM(λ)

b_b(λ)＝b_bpw(λ)+b_bp(λ)

其中，λ是波长，a(λ)是水体吸收系数，b_b(λ)是水体后向散射系数；a_pw(λ)、a_ph(λ)、a_NAP(λ)和a_CDOM(λ)分别是纯水体、叶绿素、非藻类颗粒物和有色可溶有机物的吸收系数；a_pw(λ)可参考Buiteveld等的测量结果；

a_ph(λ)、a_NAP(λ)和a_CDOM(λ)分别表示为：

a_ph(λ)＝Cchla×A(λ)×Cchla^-B(λ)

a_NAP(λ)＝0.041×SPM×0.75e^{-0.0123(λ-443)}