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三峡工程蓄水以来,清水下泄,坝下游河段发生了长时间、长距离的沿程冲刷,河流悬浮泥沙浓度发生改变,给沿岸生态系统带来了不利影响。随机森林算法灵活、稳健,已被广泛应用于各类生态环境变量的回归预测分析,但其在水体悬浮泥沙浓度估算方面的能力尚未得到充分认识。基于泥沙站点监测数据和MODIS卫星遥感反射率数据,通过构建随机森林非参数回归预测模型,对三峡工程坝下游宜昌至城陵矶河段在建坝前后14年间(2002年—2015年)各月的悬浮泥沙浓度进行遥感估算。研究表明:(1)基于随机森林的悬浮泥沙浓度估算模型表现较好,模型预测值与实测值间相关性好、预测精度高,优于其他模型(线性回归、支持向量机、人工神经网络模型)。(2)在参与模型构建的MODIS波段变量中,红波段被认为是最重要的预测变量,但不能单独使用它进行预测,悬浮泥沙遥感预测需要多变量共同参与。(3)将悬浮泥沙数据按季节分类所构建的随机森林模型,其平均误差为0.46 mg/L,平均相对均方根误差为12.33%,估算效果最优,能够满足较高精度下悬浮泥沙浓度估算的需求。综上,可以考虑以季节为划分依据,用随机森林回归模型估算悬浮泥沙浓度,并用于后期坝下游河道悬浮泥沙浓度时空反演。 相似文献
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基于季节分异的太湖叶绿素浓度反演模型研究 总被引：4，自引：0，他引：4
叶绿素浓度反演算法主要有经验方法、半经验/分析方法和分析方法,其中半经验/分析方法应用最为广泛。但是反演的模型以及模型中的参数和反演精度都随着水体中叶绿素浓度的变化而改变。不同的季节水体中叶绿素浓度不同,水体反射光谱曲线特征和与叶绿素浓度相关性较高的敏感波段也不一致,使得各季节选用的反演模型和模型中的参数也存在一定的差异。本文在对2005年1—10月份叶绿素a（Chla）浓度季节差异进行分析的基础上,对4—10月份同步测量的水体光谱数据分春、夏、秋三个季节进行分析,分季节建立叶绿素浓度反演模型,并对它们进行比较,旨在为各季节选择最佳的反演模型。研究结果表明：春季和秋季选用波段比值算法反演精度较高,其中对数模型,线性模型和一元二次模型都有较高的相关性;夏季选用微分算法较好,该算法所建立的三种模型均具有较高的相关性。 相似文献
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大米草室内叶片光谱特征参数与叶绿素浓度关系研究 总被引：1，自引：0，他引：1
本文通过分析大米草叶片反射光谱特征,并提取红边位置、红边斜率和红边面积三个红边参数以及叶面叶绿素指数(LCI)、水分指数(WI)、三角植被指数(TVI)、结构相关色素指数(SIPI)四个高光谱植被指数,利用线性、对数、倒数、二次函数和三次函数曲线模拟算法得到大米草叶片叶绿素a浓度的高光谱估算模型。研究结果表明:叶绿素a浓度与红边斜率和红边面积在0.01水平上显著负相关,与LCI、WI和TVI在0.01水平上显著正相关。基于红边斜率、红边面积、TVI三个参数,选用倒数法构建叶绿素a浓度的估算模型精度明显高于其他算法。基于LCI和WI参数,应用三次函数法构建的叶绿素a浓度的高光谱检测模型精度明显高于其他算法。比较R2和模型估算误差,利用WI水分指数应用三次函数构建叶绿素a浓度的高光谱检测模型精度在所有模型中最高。因此,利用叶片光谱技术可以较高精度地估算叶绿素a浓度。 相似文献
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利用平均法、生物光学模型法和最优插值法3种数据融合方法对卫星传感器MODIS-Aqua、MOIDS-Terra及MERIS获取的南海叶绿素a浓度的数据进行了融合,通过比较融合产品的质量,对3融合方法进行了评价。(1)利用现场测量的南海遥感反射率和叶绿素a浓度数据建立了南海叶绿素a浓度的反演模型,并应用于MODIS-Aqua、MOIDS-Terra及MERIS Level 2反射率数据,获取南海叶绿素a浓度。(2)将平均法、生物光学模型法、最优插值法分别应用于上述3颗卫星的叶绿素a数据进行数据融合,并用现场测量的同步叶绿素数据对融合后的产品进行了印证。(3)利用3种融合方法分别对南海2011年MODIS-Aqua、MODIS-Terra和MERIS等3个传感器的叶绿素a数据进行了月融合,分析了融合的南海叶绿素a浓度的时空分布特征。结果表明,融合数据大幅度提高了空间覆盖率,且具有较高可信度。平均法、生物光学法和优化插等3种融合方法性能有较大的不同,生物光学法具有高的运行速度,但有时空间覆盖率仍不能满足要求;优化插值法具有高的空间覆盖率,但其运行速度较慢。因此,在具体应用中,应根据需求选择合适的融合方法。 相似文献
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鄱阳湖富营养化高光谱遥感监测模型初探 总被引：4，自引：1，他引：3
基于对光谱反射率与水质参数的相关分析,分别选取特征波长建立水质参数高光谱估测模型。结合修正营养状态指数,对湖泊的富营养化程度进行了监测和评价。结果表明:①总氮、总磷含量和透明度值的高光谱估测模型效果较理想;②单项指数评价水体富营养化水平其结果存在较大差异,综合考虑多个指标,计算营养指数的平均值,可以对富营养化程度进行正确的评价;③由于悬浮物浓度变化较大,掩盖了水体的叶绿素a信息,以致叶绿素a估测模型不具有通用性,为了完善叶绿素a浓度估测模型需要获得大范围、多季节的光谱数据,以便建立更有代表性和通用性的模型;④评价结果显示,鄱阳湖呈现轻度到中度富营养化状态,需要采取有力的保护措施防止进一步恶化。 相似文献
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本文通过对2000年—2013年长时间序列的MODIS气溶胶产品进行统计,分析了珠三角地区气溶胶光学厚度(AOD)和细粒子光学厚度(FAOD)的空间分布特征以及年度和季节变化特点,有助于深入研究珠三角地区颗粒物污染水平变化及颗粒物的排放与输送等。研究结果显示珠三角地区中部为AOD高值区,东西两翼地区为AOD低值区。AOD和FAOD的最高值通常分别出现在春季和秋季,最低值则通常都出现在冬季。2006年之后,珠三角地区大气气溶胶总消光虽在部分年份仍有反弹上升的现象出现,但已有明显降低。然而,该地区细粒子消光在2000年—2012年期间则呈逐年增加的趋势,且其空间差异性也越加显著,细颗粒物污染仍需进一步控制。 相似文献
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三峡坝区水体吸收系数的特征研究 总被引：4，自引：0，他引：4
利用2007年11月在三峡坝区现场实测的水色要素吸收系数数据,对总颗粒物、浮游植物、CDOM的吸收系数特征进行了分析和研究。结果表明,对于三峡坝区区域的水体:(1)总颗粒物吸收光谱分布与非藻类的吸收光谱相似;(2)非藻类颗粒物的吸收系数随波长的变化分布接近指数衰减规律,且不同波段的吸收系数之间存在一定的关系;(3)多项式关系能较好的表达浮游植物吸收系数与叶绿素a浓度之间的关系;(4)分段函数能很好的表达CDOM的吸收系数特性,对500nm以下光谱的吸收呈现负指数衰减的规律,不同采样点拟合精度R2接近1;501—700nm波段范围的光谱曲线采用多项式能进行很好的拟和,且拟合精度R2达到95%以上。 相似文献
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HJ-1A/B卫星CCD影像的武汉市东湖水色三要素遥感研究 总被引：2，自引：0，他引：2
以武汉市东湖为研究区域,利用同步的MODIS-Terra气溶胶光学厚度数据为输入参数,采用FLAASH模型对2010年3月11日HJ-1A/B卫星CCD影像进行大气校正处理,并利用多年实测数据建立叶绿素a浓度、悬浮泥沙浓度、黄色物质吸收系数三要素神经网络反演模型,对水色三要素进行反演。通过对反演结果与实测数据的对比分析可知,悬浮泥沙浓度、黄色物质吸收系数和叶绿素a浓度的平均相对误差分别为28.052%、17.628%和35.621%,表明HJ-1A/B卫星CCD传感器基本能满足II类水体水色要素的遥感监测需求。 相似文献
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漫衰减系数常用于计算水体浑浊度和划分水体等级,是水中生物进行光合作用等生态过程中的重要参数。本文假设水体固有光学特性(IOPs)不随垂直剖面变化,水体表面为镜面。通过Monte Carlo方法模拟追踪光子在水中的运动过程,统计大量光子在不同深度上的能量分布,计算出下行漫衰减系数Kd值。结果表明:在450 nm,550 nm和650 nm波长处模拟的Kd值基本上小于实测Kd值,对应后向散射概率为3%的散射相函数模拟的相对误差最小,适合用于构建太湖水体的Kd值反演模型。进一步分析入射天顶角、b/a值对Kd值变化的影响,结果发现:在b/a较大的情况下,散射相函数成为影响Kd值变化的主要因素。当b/a值大于9时,入射天顶角从10°变化到80°时,Kd值的变化率小于10%,可忽略入射天顶角的变化对Kd值的影响。利用单一散射相函数模拟不同波长处的Kd值,发现悬浮颗粒物浓度较高且以无机颗粒物为主体时,450—550 nm内模拟值大于实测值,550—650 nm内则相反,说明随着波长的增加,水体中颗粒物的散射呈现出前向散射减弱、后向散射增强的变化趋势。在反演不同波长处的Kd值时需考虑到散射相函数的光谱变化所造成的误差。 相似文献
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Evaluation of a three-band model for estimating chlorophyll-a concentration in tidal reaches of the Pearl River Estuary, China 总被引：1，自引：0，他引：1
Shuisen Chen Ligang Fang Hongli Li Weiqi Chen Wenrui Huang 《ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing》2011,66(3):356-364
Accurate assessment of phytoplankton chlorophyll-a (Chla) concentration in turbid waters by means of remote sensing was challenging due to the optical complexity of turbid waters. Recently, a conceptual model containing reflectance in three spectral bands in the red and near-infrared range of the spectrum was suggested for retrieving Chla concentrations in turbid productive waters. The objective of this paper was to evaluate the performance of this three-band model to estimate Chla concentration in the Pearl River Estuary (PRE), China. Reflectance spectra of surface water and water samples were collected concurrently. The samples contained variable Chla (4.80-92.60 mg/m3) and total suspended solids (0.4-55.2 mg/L dry wt). Colored dissolved organic matter (CDOM) absorption at 400 nm was 0.40-1.41 m−1; turbidity ranged from 4 to 25 NTU (Nephelometric Turbidity Units). The three-band model was spectrally calibrated by iterative and least-square linear regression methods to select the optimal spectral bands for the most accurate Chla estimation. Strong linear relationships (R2=0.81, RMSE=1.4 mg/m3, N=32) were established between measured Chla and the levels obtained from the calibrated three-band model [R−1(684)-R−1(690)]×R(718), where R(λ) was the reflectance at wavelength λ. The calibrated three-band model was independently validated (R2=0.9521, RMSE=6.44 mg/m3, N=16) and applied to retrieve Chla concentrations from the calibrated EO-1 Hyperion reflectance data in the PRE on December 21, 2006. The EO-1 Hyperion-derived Chla concentrations were further validated using synchronous in situ data collected on the same day (R2=0.64, RMSE=2 mg/m3, N=9). The spatial tendency of Chla distribution mapping by Hyperion showed gradually increased concentrations of Chla farther from the river mouths (although decreasing from east to west), which were disturbed by the combination of river outlets and tidal current in Lingding Bay of the PRE. This observation conformed to previous observations and studies, and could reasonably be explained by geographical changes. Also, results indicated that the slope of the three-band regression line decreased as the Chla concentration increased, resulting in the first sensitive band of the three-band model to move towards short wavelengths. These findings validated the rationale behind the conceptual model and demonstrated the robustness of this algorithm for Chla retrieval from in situ data and the Hyperion satellite sensor in turbid estuarine waters of the PRE, China. 相似文献
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夏季太湖叶绿素a浓度的高光谱数据监测模型 总被引：1，自引：0，他引：1
本文依据2004年7月的实测数据构建了太湖夏季叶绿素a浓度的实测光谱数据估计模型,并使用2004年8月的数据对模型进行了验证。调查样点覆盖了太湖内的典型水域,水样数据由无锡太湖环境监测站采集。样点的光谱数据用ASDFieldSpec野外光谱仪获取,每个样点测量10次,测量结果被转换为遥感反射率。对不同的波段组合进行比较分析后,从可解释性出发,最终选择了归一化指数表达式作为最佳波段组合,所建立的模型为：Chla（μg/L）=EXP（2.478 ＋16.378＊N66）,其中,N66为（R696 -R661） /（R696 ＋R661）。模型的R^2为0.9051,显著性p〈0.0001。与其他模型相比,本文的模型比较稳健,用于估计8月的叶绿素a浓度具有较小的绝对误差。本文的工作同时表明,在太湖的夏季相邻月份,可以使用实测光谱数据模型进行水体叶绿素a浓度的估计。 相似文献
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Based on in situ water sampling and field spectral measurements in Dianshan Lake, a semi-analytical three-band algorithm was used to estimate Chlorophylla (Chla) content in case II waters. The three bands selected to estimate Chla for high concentrations included 653, 691 and 748 nm. An equation, based on the difference in reciprocal reflectance between 653 and 691 nm, multiplied by reflectance at 748 nm as [Rrs−1(653) − Rrs−1 (691)] Rrs(748), explained 85.57% of variance in Chla concentration with a root mean square error (RMSE) of <6.56 mg/m3. In order to test the utility of this model with satellite data, HJ-1A Hyperspectral Imager (HSI) data were analyzed using comparable wavelengths selected from the in situ data [B67−1(656) − B80−1(716)] B87(753). This model accounted for 84.3% of Chla variation, estimating Chla concentrations with an RMSE of <4.23 mg/m3. The results illustrate that, based on the determined wavelengths, the spectrum-based model can achieve a high estimation accuracy and can be applied to hyperspectral satellite imagery especially for higher Chla concentration waters. 相似文献
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利用中国南部地区七个站点的2004年GPS观测数据,对赤道异常中国扇区电离层TEC的北驼峰位置和时间以及驼峰北侧电离层梯度进行了分析,结果表明:驼峰位置随季节改变,介于地理北纬17.5°～22.5°之间,冬季月份相对为低,分季月份相对为高,年平均位置约在北纬20°附近;驼峰出现时间也随季节在地方时13～16 h之间变化,冬季月份相对为早,夏季月份相对为晚,其出现时间的年平均值前者在地方时14 h前后,后者约在地方时15～16 h之间。驼峰区电离层TEC存在纬向梯度,其梯度也随地方时和季节而改变,夜侧梯度在地方时4.5 h前后为极小,且在不同季节其变化幅度不大,而日侧梯度在地方时13.5～16.5 h时段出现极大,且在不同季节差异较大,分季要高于冬季和夏季。 相似文献
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Changliang Yi 《Journal of the Indian Society of Remote Sensing》2013,41(4):957-967
Accurately estimating phytoplankton Chlorophyll-a(Chla) concentration from remotely sensed data is particularly challenging in turbid, productive waters. In this study, a weighted Chla concentration algorithm (WCA) are constructed to smooth the performance of three-bands semi-analytical algorithm(TSA) and four-bands semi-analytical algorithm(FSA). The performance of WCA, TSA and FSA algorithms are calibrated and validated by three independently datasets collected from Chesapeake Bay, USA, Yellow River Estuary, China, and Taihu Lake, China. Results of this study indicated that: (1) The accuracy and stability of TSA, FSA and WCA in Chesapeake Bay have a superior performance than it in Taihu Lake and Yellow River Estuary; (2) In Taihu Lake and Yellow River Estuary, the TSA and FSA algorithms are not stable for estimating Chla concentration, especially in Taihu Lake, the accuracy and stability of TSA, FSA and WCA algorithms are quite bad; (3) The WCA can greatly improve the accuracy and stability of TSA and FSA algorithms, but it is greatly depended on the performance of TSA and FSA algorithms; and (4) Although the TSA, FSA and WCA algorithms are semi-analytical algorithm, however, the optimal bands, accuracy and stability of these algorithms are very timely and located dependence. 相似文献
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利用2008-2015年(第24太阳活动周)中国地壳运动监测网络（CMONOC）武汉站(30.5°N, 114.4°E)GPS双频接收机监测的垂直总电子含量（VTEC）数据,分析电离层VTEC变化特性,并讨论VTEC与太阳活动的相关性．结果表明,VTEC估值周日变化在14:00-16:00LT左右达到最大值;同时,电离层VTEC也表现出明显的逐日变化特性,特别是在VTEC峰值处呈现较大差异．在太阳活动高年(2011-2015),VTEC变化呈现明显的双峰结构,即所谓的“半年异常”现象,春季峰值大于秋季峰值,“冬季异常”也更为明显．在各个季节(除春季外),VTEC与F10.7p的相关性最好,与F10.7的相关性次之,与太阳黑子数（SSN）的相关性稍弱;秋季VTEC与太阳活动的相关性最好(MaxF10.7p=0.92232, MaxSSN=0.85575),冬季VTEC与太阳活动的相关性最差(MinF10.7p=0.79028, MinSSN=0.72703)． 相似文献
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Separation of global time-variable gravity signals into maximally independent components 总被引：6，自引：3，他引：3
The Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) products provide valuable information about total water storage variations over the whole globe. Since GRACE detects mass variations integrated over vertical columns, it is desirable to separate its total water storage anomalies into their original sources. Among the statistical approaches, the principal component analysis (PCA) method and its extensions have been frequently proposed to decompose the GRACE products into space and time components. However, these methods only search for decorrelated components that on the one hand are not always interpretable and on the other hand often contain a superposition of independent source signals. In contrast, independent component analysis (ICA) represents a technique that separates components based on assumed statistical independence using higher-order statistical information. If one assumes that independent physical processes generate statistically independent signal components added up in the GRACE observations, separating them by ICA is a reliable strategy to identify these processes. In this paper, the performance of the conventional PCA, its rotated extension and ICA are investigated when applied to the GRACE-derived total water storage variations. These analyses have been tested on both a synthetic example and on the real GRACE level-2 monthly solutions derived from GeoForschungsZentrum Potsdam (GFZ RL04) and Bonn University (ITG2010). Within the synthetic example, we can show how imposing statistical independence in the framework of ICA improves the extraction of the ‘original’ signals from a GRACE-type super-position. We are therefore confident that also for the real case the ICA algorithm, without making prior assumptions about the long-term behaviour or on the frequencies contained in the signal, improves over the performance of PCA and its rotated extension in the separation of periodical and long-term components. 相似文献