用分析模型方法反演水體葉綠素的濃度_李云梅

1、第10卷第2期2006年3月遙感學(xué)報(bào)Vo.l10,No.2Mar.,2006文章編號:1007-4619(2006)02-0169-07用分析模型方法反演水體葉綠素的濃度李云梅,黃家柱,韋玉春,陸皖寧(南京師范大學(xué)江蘇省地理信息科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京210097)摘要:水體葉綠素濃度是水質(zhì)評價(jià)的一個重要指標(biāo)。建立水體光學(xué)傳輸?shù)姆治瞿Ｐ?進(jìn)而用分析模型反演水體葉綠素濃度,對于提高遙感反演水質(zhì)參數(shù)的精度和實(shí)用性具有重要意義。作者于2004年6月初對太湖18個點(diǎn)位進(jìn)行了同步水體波譜實(shí)測和水體取樣分析。由這18個點(diǎn)位的實(shí)測數(shù)據(jù),利用Gordon模型建立了R(0-)的模擬模型,并進(jìn)而用優(yōu)化函數(shù)的方法反

2、演水體葉綠素濃度。反演值與實(shí)測值的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.99,當(dāng)葉綠素濃度高于30mg/m3時,反演的相對誤差小于20%。進(jìn)而用該模型反演2005年7月太湖7個點(diǎn)位的葉綠素濃度,反演值與實(shí)測值的相關(guān)系數(shù)為0.94,其中,有6個點(diǎn)位的反演值相對誤差小于60%。關(guān)鍵詞:分析模型;水體;葉綠素濃度;R(0-)中圖分類號:TP701文獻(xiàn)標(biāo)識碼:AInversingChlorophyllConcentrationofTaihuLakebyAnalyticModelLIYun-mei,HUANGJia-zhu,WEIYu-chun,LUWan-ning(JiangsuProvincialKeyLaborator

3、yofGeographicInformationScience,NanjingNormalUniversity,Jiangsu,Nanjing210097,China)Abstract:Chlorophyllconcentrationisanimportantindexforevaluatingwaterquality.Tomaketheinversionofremotesensingmoreaccurateandmorereality,itissignificanttobuildanalyticmodelforsimulatingwater-R(0),andbytheanalyticmode

4、ltoinversechlorophyllconcentration.18pointsinTaihulakewerechosen,andatthosepoints,thespectraofthewaterandwaterchlorophyllconcentrationweremeasuredatthesametime-inJune,2004.ThesimulationmodelofR(0)wasbuiltusingGordonmodel,andthechlorophyll-concentrationwasinversedusingoptimizationmethod.Thecorrelatio

5、nofmeasuredandinversedR(0)is30.99.Whenthechlorophyllconcentrationishigherthan30mg/m,therelativeerrorofinversedvalueislessthan20%.Then,thechlorophyllconcentrationisinversedbythismodelforsevenmeasuredsamplesinJuly,-2004.ThecorrelationofmeasuredandinversedR(0)is0.94.Andtherelativeerrorofthemajoritypoin

6、tsislessthan60%.-Keywords:analyticmodel;water;chlorophyllconcentration;R(0)浮游植物、溶解性有機(jī)物、懸浮顆粒物等的不同,導(dǎo)1引言太陽輻射到達(dá)氣-水界面,一部分被反射,另一部分則折射進(jìn)入水體內(nèi)部,這部分入射光在水面下被多種分子散射和吸收。由于水體中所含成分,如收稿日期:2004-09-30;修訂日期:2005-06-10致水體對不同波長光的吸收和散射不同,并引起反射率、向上輻照、顏色等表觀參數(shù)的改變。遙感監(jiān)測水體水質(zhì)參數(shù)正是基于水體中所含不同成分的光學(xué)特性不同,尋找不同成分的特征波段,并根據(jù)傳感器所接收到的信息,反演水體中

7、不同成分的濃度及其基金項(xiàng)目:國家863項(xiàng)目(AA131060),國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40571110),江蘇省教育廳資助項(xiàng)目(2004105TSJB141),南京師范大學(xué)引進(jìn)人才科研啟動基金資助項(xiàng)目(2004105XGQ2B47)。作者簡介:李云梅(1966),女,博士,浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院農(nóng)業(yè)遙感與信息技術(shù)專業(yè)畢業(yè),主要從事水質(zhì)遙感研究,發(fā)表論文20余篇。170遙感學(xué)報(bào)第10卷空間分布等信息。利用遙感傳感器記錄的輻射值或光譜反射率估測水質(zhì)通常有三種方法,即經(jīng)驗(yàn)方法、半經(jīng)驗(yàn)方法和機(jī)理模型方法。經(jīng)驗(yàn)方法是通過建立遙感數(shù)據(jù)與地面監(jiān)測的水質(zhì)參數(shù)之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系外推水質(zhì)參數(shù)值,由于水質(zhì)參數(shù)與遙感數(shù)據(jù)

8、之間的事實(shí)相關(guān)性不能保證,所以該種方法的結(jié)果缺乏物理依據(jù)。半經(jīng)驗(yàn)方法是將已知的水質(zhì)參數(shù)光譜特征與統(tǒng)計(jì)模型相結(jié)合,選擇最佳的波段或波段組合作為相關(guān)變量估算水質(zhì)參數(shù)值的方法,這種方法具有一定的物理意義,是目前最常用的方法。機(jī)理模型的方法則主要是基于水體組分與固有光學(xué)量、固有光學(xué)量與表觀光學(xué)量之間的關(guān)系,模擬水中光場分布,進(jìn)而反演水質(zhì)參數(shù)。機(jī)理模型以水體內(nèi)光學(xué)傳輸?shù)臋C(jī)理為理論基礎(chǔ),因此,是水質(zhì)遙感監(jiān)測的一2,3種重要方法。其中,以水體后向散射與水體中吸收與散射的比值模擬水體反射的模型被稱為分析模型。分析模型自1975年由Gordon提出后,已成為一類有代表性的機(jī)理模型。但是,由于分析模型的方法需要對

9、水體組分的固有光學(xué)特性進(jìn)行測量,因此,建立算法的難度較大,目前,國內(nèi)對于水質(zhì)參數(shù)的估算大部分使用的是經(jīng)驗(yàn)和半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?對于分析模型還很少涉及。本文嘗試?yán)肎ordon模型,對太湖的水體反射波譜進(jìn)行模擬,并反演水體的葉綠素濃度。的變化情況,因此所有監(jiān)測點(diǎn)在該湖區(qū)選取,并且在一天內(nèi)完成測量工作。測量的光譜儀為美國ASD公司生產(chǎn)的ASDFieldSpecPro便攜式光譜輻射計(jì),該儀器的波段范圍為3501050nm,光譜分辨率為2nm。為了減少水體鏡面反射的影響以及船舶陰影對光場的破壞,采用如圖2所示的角度進(jìn)行觀測。圖中,觀測方位角 為135左右(設(shè)太陽入射的方位角為0),觀測天頂角為40左右4,51

10、注:6-*為6月份采樣的點(diǎn)位,7-*為7月份的采樣點(diǎn)位圖1觀測樣點(diǎn)的空間分布Fig.1Locationanddistributionofsamplepoint2研究方法利用同步進(jìn)行的水體波譜實(shí)測數(shù)據(jù)和水體取樣分析數(shù)據(jù),修正Gordon模型的部分參數(shù),并利用太湖水體的固有光學(xué)特性,建立水體反射波譜的模擬模型,進(jìn)而用求解優(yōu)化函數(shù)的Powell模型,反演水體葉綠素濃度。2.1實(shí)驗(yàn)方法2.1.1同步水體波譜實(shí)測2004年6月14日在太湖選取18個點(diǎn)位,7月26日在太湖梅梁湖湖區(qū)選取7個點(diǎn)位(圖1),測量水面波譜,并同時采集水樣,用常規(guī)的實(shí)驗(yàn)室分析方法測量葉綠素a濃度。測量在晴朗無云的天氣進(jìn)行,其中水面

11、波譜的測量時間為10:0016:00。6月份的測量點(diǎn)位與太湖水質(zhì)監(jiān)測的固定站點(diǎn)一致,太湖水質(zhì)監(jiān)測固定測站共有21個,由于天氣的原因,只進(jìn)行了其中18個點(diǎn)位的同步監(jiān)測。7月同步監(jiān)測的目的是為了掌握太湖梅梁湖湖區(qū)夏季葉綠素。在每一測點(diǎn)測量以下4個參數(shù):儀器對著水面測量的輻亮度、儀器對著天空圖2水體光譜的觀測幾何Fig.2Viewinggeometryofwaterspectrum第2期李云梅等:用分析模型方法反演水體葉綠素的濃度171測量的輻亮度、儀器對著漫反射參考板測量的輻亮度和儀器對著遮擋太陽光后的漫反射參考板測量的輻亮度。儀器對著水面測量時,測量的積分時間設(shè)為172ms,連續(xù)測量10條光譜曲

12、線,所測數(shù)據(jù)為單條光譜曲線,不作任何平均。測量所用標(biāo)準(zhǔn)板的反射率為30%。在測量水面波譜的同時,記錄各測點(diǎn)的GPS坐標(biāo)和當(dāng)時的風(fēng)向風(fēng)速。2.1.2水體波譜數(shù)據(jù)的處理觀察所測數(shù)據(jù),剔除異常值后用求平均值的方法求出所測的各輻亮度值,進(jìn)而計(jì)算R(0)-R(0)為剛好位于水面下方的反射率。以下所涉及的數(shù)據(jù)處理均是在400750nm的波段范圍。-R(0)的計(jì)算方法如下:離水輻亮度的提取在前述的觀測方位下,由于避開了太陽直射反射,因此光譜儀測量的水體光譜數(shù)據(jù)Lsw可表示為:Lsw=LW+rLsky式中,LW為離水輻亮度,是水體經(jīng)氣-水界面反射出的光譜信息;Lsky為天空漫散射光,不帶有任何水體信息,r=r

13、(W,為氣-水界面對天空光v, v,0, 0)的反射率,r=2.1%5%,r的大小取決于太陽位置(觀測幾何(W)或水面0, 0)、v, v)、風(fēng)速風(fēng)向(粗糙度等因素,唐軍武等的研究認(rèn)為,在平靜水面,可取r=0.022,在5m/s左右風(fēng)速條件下,r=0.025,在10m/s左右風(fēng)速條件下,r介于0.0260.028之間,在本研究中,風(fēng)速一般小于5m/s,因此取r=0.022。R(0)的提取剛好處于水面以下的反射率(輻照度比)-R(0)定義為:R(0)=Eu(0)/Ed(0)式中,Eu(0)、Ed(0)分別為剛好位于水面下方的向上、向下輻照度。R(0)可通過以下計(jì)算獲得:-Eu(0)=QLu(0)

14、,其中Q為光場分布參數(shù),受不同的水體、太陽角度、觀測角度影響而不同,Q可由6太陽高度角進(jìn)行計(jì)算,通常在1.77之間變化,在此,為了確定Q的取值,首先進(jìn)行遙感反射率的粗略估算,一般而言,除了高濃度泥沙水體,水體的4遙感反射率小于0.051,將不同的Q值代入遙感反射率計(jì)算公式計(jì)算后,認(rèn)為當(dāng)Q取值為1.7時,遙感反射率的估算結(jié)果比較合理,因此,本研究中取Q=1.7,Lu(0)為剛好位于水面下方的向上輻亮度,Lu(0)=(n/t)LW,其中,t是氣-水界面的-2-4-Fresnel透射系數(shù),通常取t=0.98,n是水的折射指數(shù),通常取n=1.34;Ed(0)=(1-Ed(0),aw)aw為氣水表面的輻

15、照度反射率,在0.040.06之間,+在此,參照文獻(xiàn)7取0.05,Ed(0)為水面入aw=射輻照度。2.2水體反射率模擬模型的建立及其反演首先,用分析模型的方法建立水體R(0)的模擬模型,其次,用求解優(yōu)化函數(shù)的方法反演水質(zhì)參數(shù)。該方法分為兩個步驟:第一步:建立水體遙感信息的前向模擬模型。由前向模型,根據(jù)水體所含成分的固有光學(xué)特性,如葉綠素的吸收系數(shù)、懸浮物的散射系數(shù)等,模擬水體中的光場分布,進(jìn)而模擬R(0)等遙感信息。第二步:建立水質(zhì)參數(shù)反演的后向模型。由后向模型,利用不同的反演算法如代數(shù)法、非線性優(yōu)化法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和矩陣反演法等,結(jié)合所建立的前向模型,反演水質(zhì)參數(shù)如葉綠素、懸浮物等的濃度。2

16、.2.1前向模擬模型的建立利用Gordon模型建立前向模型表示為:R(0)=f-8-+。該模型可bba+bb(1)式中,R(0)是剛好處于水面以下的反射率,f為常數(shù),取值范圍為0.20.56,a為總的吸收系數(shù),bb為總的后向散射系數(shù)。由于水體的吸收主要受純水、葉綠素、黃色物質(zhì)(溶解性有機(jī)質(zhì))、懸浮物影響,因此a=aw+achl+atsm+ayellow(2)式中,aw,achl,atsm,ayellow分別為純水、葉綠素、懸浮物、黃色物質(zhì)的吸收系數(shù)。由于葉綠素、黃色物質(zhì)的后向散射非常微弱,因此,僅考慮純水和懸浮物的后向散射,即bb=bb,w+bb,tsm式中,bb,w,bb,tsm(3)分別為

17、純水和懸浮物的后向散射系數(shù)。本項(xiàng)研究中,Gordon模型中的各參數(shù)按以下方法計(jì)算和取值:(1)純水的吸收和后向散射系數(shù)參照文獻(xiàn)9取值。(2)葉綠素吸收系數(shù):不同藻類的形狀、大小及色素細(xì)胞組成等的不同,導(dǎo)致其光譜吸收特性也不1011同。藻類葉綠素吸收系數(shù)可由下式求出:achl()=C achl()*(4)式中,achl()為波長處的葉綠素吸收系數(shù)172遙感學(xué)報(bào)第10卷(m-1);C為葉綠素濃度(mg m);achl()為葉綠-2-3*等都對其散射特性有顯著的影響。懸浮物的散射特性可由Mie散射求算,太湖湖體中懸浮物的散射特性詳見參考文獻(xiàn)14。本研究中懸浮物的后向散射系數(shù)見圖4(后向散射系數(shù)與散射

18、系數(shù)之比一般為0.030.05,參照Dekker等的研究為0.03)。15素比吸收系數(shù)(mg m),隨藻類不同而發(fā)生變化。俞宏等的研究認(rèn)為,太湖冬夏季藻類品種不同,導(dǎo)致其冬夏季葉綠素比吸收系數(shù)也不同,并于1994年6月和11月實(shí)測了太湖藻類葉綠素的比吸收系11數(shù),本研究采用1994年6月實(shí)測的比吸收系數(shù)。(3)黃色物質(zhì)吸收系數(shù):黃色物質(zhì)指被微生物和浮游生物分解后產(chǎn)生的溶解性有機(jī)質(zhì)。黃色物質(zhì)具有其獨(dú)特的吸收特征并對水體總的吸收光譜產(chǎn)生重要影響12,取其比值。從紫外到可見光波段,黃色物質(zhì)的吸(5)-1收系數(shù)可由下式表示:ayellow()=ayellow()0)exps(0-(m-1式中,ayel

19、low()是波長處的黃色物質(zhì)吸收系數(shù)),ayellow(是波長m0)0處的吸收系數(shù)(-1),m0是初始波長,通常為440nm,s為常數(shù)(n),與b1、b2分別是10號樣點(diǎn)懸浮物、純水的后向散射系數(shù)(其中,純水的數(shù)值放大了10倍)波長無關(guān)。俞宏等實(shí)測了太湖不同月份的黃色物質(zhì)吸收系數(shù),得到了不同月份的s與ayellow(440)值,本研究中取其6月份的實(shí)測值,s=0.013nm-1-1,ayellow(440)=0.352m。(4)懸浮物吸收系數(shù):懸浮物包括有機(jī)碎屑、懸浮泥沙等。相對于水體的弱信息而言,懸浮物具有較強(qiáng)的吸收和散射特性。Bagheri等的研究認(rèn)為懸13浮物的吸收可由下式表示:atsm

20、()=atsm()(6)0)exp(s0-式中,atsm()是波長處的懸浮物吸收系數(shù)(m-1圖4散射系數(shù)Fig.4Scatteringcoefficient(6)f:f值由向下輻照的各向異性以及水體內(nèi)的散射過程所決定。Dekker等在荷蘭Frisian湖的研究中,發(fā)現(xiàn)除少數(shù)采樣點(diǎn)的f值小于0.33外,其余點(diǎn)的值為f=0.390.03,在國外的研究中,通常將f取值為0.33,本研究中,f=0.33。2.2.2后向反演模型的建立利用求解優(yōu)化函數(shù)的Powell法進(jìn)行反演。該方法的詳細(xì)算法見參考文獻(xiàn)17。首先構(gòu)造優(yōu)化函數(shù)F=j=1-mnRm(j)-Rc(j)22+(xi-xi,b)wi(7)i=1Rm

21、(j)-21615),atsm(是波長0)0處的吸收系數(shù)(m-1-1),0是初始波長,通常為440nm,s為常數(shù)(nm),與波長無關(guān)。參照俞宏等的研究,取atsm(0)=3.665m,s=0.010nm。太湖6月份水體中各組分的吸收系數(shù)見圖3。(5)懸浮物散射系數(shù):懸浮物的形狀、顆粒大小-1-1式中,Rm(j)是實(shí)測的R(0),Rc(j)是模型計(jì)算出的R(0),m是實(shí)測數(shù)據(jù)的個數(shù),n是欲反演的參數(shù)的個數(shù),xi,b是相應(yīng)的參數(shù)的邊界值,當(dāng)xi,minxxi,max時,wi=0,否則,wi取固定值,本模型中,wi=1。固定其余參數(shù),只變動葉綠素和懸浮物濃度,使F達(dá)到最小,最后可反演出葉綠素和懸浮物

22、濃度。3結(jié)果與分析3.1R(0)的模擬a1,a2,a3,a4分別是10號樣點(diǎn)黃色物質(zhì),懸浮物,葉綠素,純水的吸收系數(shù)-圖3吸收系數(shù)Fig.3Absorptioncoefficients根據(jù)前述模型參數(shù)的取值,模擬各樣點(diǎn)的-R(0)。模型模擬的精度用均方根差RMSE評價(jià),18個樣點(diǎn)的均方根差均小于0.05。圖5給出了10第2期李云梅等:用分析模型方法反演水體葉綠素的濃度-173段上求R(0)的標(biāo)準(zhǔn)差,標(biāo)準(zhǔn)差隨波長的變化見圖6。對某一變量而言,標(biāo)準(zhǔn)差越大,說明該變量的變化對R(0)的影響越大。從圖6中看到,在600700nm波段范圍,葉綠素濃度的變化,引起了標(biāo)準(zhǔn)差的較大變化,因此,可以認(rèn)為,在該波

23、段范圍,R(0)對葉綠素濃度的變化比較敏感,另外,在600700nm波段范圍,由懸浮物濃度變化所引起的標(biāo)準(zhǔn)差變化也較大。結(jié)合節(jié)3.1對模型擬合精度的分析,可以認(rèn)為在600700nm波段范圍,模型的擬合mea10,mea11,mod10,mod11分別為10,11號樣點(diǎn)的實(shí)測值和模擬值。10號樣點(diǎn),葉綠素、懸浮物濃度分別為157mg/m3和32g/m3;11號樣點(diǎn),葉綠素、懸浮物濃度分別為35mg/m3和58.5g/m3-精度較好,而且R(0)對葉綠素濃度和懸浮物濃度變化的敏感性也較強(qiáng),因此,模型反演宜在600700nm波段范圍進(jìn)行。-圖5R(0-)模擬結(jié)果Fig.5R(0-)Simulated

24、result號和11號樣點(diǎn)的模擬值和實(shí)測值。從圖中可以看出,波長大于600nm后,擬合的精度較高。事實(shí)上,10號樣點(diǎn)在400750nm波長范圍,其RMSE值為0.0095,在400595nm波段范圍,其RMSE值為0.0066,在600750nm波長范圍,其RMSE值為0.0047,11號樣點(diǎn)在400750nm波長范圍,其RMSE值為0.0130,在400595nm波長范圍,其RMSE值為0.0150,在600750nm波長范圍,其RMSE值為0.0094。3.2模型反演利用節(jié)2.2.2中所建立的后向反演模型,反演葉綠素濃度。模型反演的精度,一方面與前向模型的擬合精度有關(guān),另一方面也與水面波譜

25、對參數(shù)變化響應(yīng)的靈敏度有關(guān)。因此,在利用求解最優(yōu)化函數(shù)的方法反演之前,首先進(jìn)行靈敏度分析,再選擇靈敏度高、模型擬合效果好的波段反演。3.2.1靈敏度分析為了確定利用哪些波段的實(shí)測值進(jìn)行反演,首先分析葉綠素和懸浮物對R(0)的影響的靈敏度:在式(1)中,將懸浮物的濃度固定為42g/m(夏季太湖懸浮物濃度的平均值-1833-chl,懸浮物濃度為42g/m3,葉綠素濃度為10,20,30,90mg/m3-sus,葉綠素濃度為22mg/m3,懸浮物濃度為10,20,30,90g/m3圖6葉綠素和懸浮物濃度變化時的R(0-)的標(biāo)準(zhǔn)差Fig.6StandarderrandofR(0-)fordiffere

26、ntchlorophyllandsuspendedpartical3.2.2葉綠素反演利用600700nm波段水體R(0)的實(shí)測值,由節(jié)2.2.2所述的方法反演水體葉綠素濃度。反演值與實(shí)測值的相關(guān)關(guān)系見圖7。圖中,反演值與實(shí)測值的相關(guān)系數(shù)為0.99。就反演的精度而言,當(dāng)葉3綠素濃度低于30mg/m時,反演的相對誤差較大,對于葉綠素濃度高于30mg/m的點(diǎn),其相對誤差均小于20%。分析其原因,認(rèn)為當(dāng)葉綠素含量較低時,水體在600700nm的反射率較低,因此水面光譜較多地受到環(huán)境因素如大氣、周邊環(huán)境的影響,導(dǎo)致反演的精度降低,如反演誤差最大的點(diǎn)為68號點(diǎn),誤差達(dá)到了60%,其葉綠素含量實(shí)測值為33

27、7mg/m,反演值為11.3mg/m。為了驗(yàn)證模型的實(shí)用性,采用2004-07-26于太湖梅梁湖實(shí)測的7個點(diǎn)位的數(shù)據(jù),用上述方法對葉綠素含量進(jìn)行反演。反演值與實(shí)測值的相關(guān)關(guān)系見圖8。3-),分別計(jì)算葉綠素濃-度為10,20,30,90mg/m時的R(0),并在同一波段上求R(0)的標(biāo)準(zhǔn)差,標(biāo)準(zhǔn)差隨波長的變化見圖6;同樣地,在式(1)中,固定葉綠素的濃度為22mg/m(6月份實(shí)測均值),分別計(jì)算懸浮物濃度為10,20,30,90g/m時的R(0),并在同一波3-3174遙感學(xué)報(bào)第10卷型,進(jìn)而反演水質(zhì)參數(shù)的研究還很少見,主要是因?yàn)樗w組分(如懸浮物、葉綠素等)的光學(xué)特性十分難以測量。本研究中,利

28、用了俞宏等對太湖水體組分光學(xué)特性的研究成果,結(jié)合2004年6月對太湖18個點(diǎn)位水體波譜和化學(xué)分析的實(shí)測值,建立了太湖水體R(0)的模擬模型,并對該模型進(jìn)行了反演。模型反演的葉綠素濃度與實(shí)測葉綠素濃度的相關(guān)系數(shù)為0.99,當(dāng)葉綠素濃度大于30mg/m時,反演的相對誤差小于20%。利用該模型反演7月26日太湖梅梁湖湖區(qū)的7個點(diǎn)位的葉綠素濃度,其中有6個點(diǎn)的反演值的相對誤差小于60%,由以上研究可以認(rèn)為,建立分析模型反演太湖葉綠素濃度,是一種值得嘗試的方法。由于模型中部分參數(shù),如f,Q等受環(huán)境條件(如風(fēng)速、太陽高度角等)的影響較大,而水體組分如葉綠素、黃色物質(zhì)等的固有光學(xué)特性隨著季節(jié)的變化,也不同。

29、因此,對于分析模型的實(shí)用性,以及如何提高模型的精度等方面還有待于更進(jìn)一步的研究。我們認(rèn)為,要提高模型的實(shí)用性,以及模擬和反演的精度可從以下方面作更進(jìn)一步的研究:(1)對太湖水體組分的光學(xué)特性進(jìn)行更深入的研究,如深入研究太湖不同藻類和懸浮物的光學(xué)特性,并結(jié)合不同季節(jié)變化的特點(diǎn),建立適合于不同季圖8葉綠素實(shí)測值與反演值(2004年7月)Fig.8Measuredandinversedchlorophyllcontent(July,2004)3-圖7葉綠素實(shí)測值與反演值(2004年6月)Fig.7Measuredandinversedchlorophyllcontent(June,2004)節(jié)的光學(xué)

30、模型;(2)根據(jù)太湖不同湖區(qū)的水文特點(diǎn),分別確定模型參數(shù)。參考文獻(xiàn)(References)1LiSJ,WangXJ.TheSpectralFeaturesAnalysisandQuantitativeRemoteSensingAdvancesofInlandWaterQualityParametersJ.GeographyandTerritorialResearch,2002,(2):2629.李素菊,王學(xué)軍.內(nèi)陸水體水質(zhì)參數(shù)光譜特征與定量遙感J.地理學(xué)與國土研究,2002,(2):2629.2HaltrinVI.Self-ConsistentApproachtotheSolutionofth

31、eLightTransferProblemforIrradiancesinMarineWaterswithArbitraryTurbidity,Depth,andSurfaceIllumination:I:CaseofAbsorptionandElasticScatteringJ.AppliedOptics,1998,37(18):37733784.3ForgetP,BrocheP,NaudinJJ.ReflectanceSensitivitytoSolidSuspendedSedimentStratification2001,77:92103.4TangJW,TianGL,WangXY,et

32、al.TheMethodsofWaterSpectraMeasurementandAnalysisI:Above-WaterMethodJ.JournalofRemoteSensing,2004,8(1):3744.唐軍武,田國良,汪小勇等.水體光譜測量與分析I:水面以上測量法J.遙感學(xué)報(bào),2004,8(1):3744.5FargionGS,MuellerJL.OceanOpticsProtocolsforSatelliteOceanColorSensorValidation,Revision2R.NASA/TM-inCoastalWaterandInversion:aCaseStudyJ.R

33、emoteSensingofEnvironment,圖8中反演值與實(shí)測值的相關(guān)系數(shù)為0.94,其相對誤差分別為36%,17%,63%,57%,54%,48%和58%,與6月份的模型反演相比,反演精度降低。分析其原因,是因?yàn)槟Ｐ椭兴捎玫狞S色物質(zhì)吸收系數(shù)、懸浮物吸收系數(shù)均為1994-06-22的實(shí)測值,由于實(shí)測數(shù)據(jù)的缺乏,無法用7月的實(shí)測吸收系數(shù)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?根據(jù)俞宏等的研究,不同月份的吸收系數(shù)有較大-1的波動,如黃色物質(zhì)吸收系數(shù)2月份為0.850m,-1-1114月為0.351m,6月為0.352m,因此,相關(guān)吸收系數(shù)的波動是直接導(dǎo)致模型精度變化的主要原因之一,而這些系數(shù)的波動所導(dǎo)致的模型反演精度

34、變化的程度以及這些系數(shù)自身隨季節(jié)、湖區(qū)的波動大小,則需要更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證和分析。4結(jié)語國內(nèi)利用遙感技術(shù)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測的研究已經(jīng)很1,19多,但是,利用水體固有光學(xué)特性建立分析模第2期2000-209960,2000.李云梅等:用分析模型方法反演水體葉綠素的濃度17514CaiQM,YangP.StudyonOpticalPropertiesofUnpigmentedSuspendedParticles,YellowSubstanceandPhytoplanktonAlgaeinTaihuLakeJ.ChineseJournalofOceanologyandLimnology,1991,22

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