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基于高频次GOCI数据的太湖悬浮物浓度短期动态和驱动力分析 总被引：2，自引：0，他引：2
总悬浮物是水体中重要的光学敏感物质之一,很大程度上决定了水柱中光的吸收、散射和衰减,同时吸附营养盐、重金属和有毒有害物,对水体物质生物地球化学过程、沉积物埋藏动力和湖泊环境演化具有重要的意义.基于星地同步实验和静止水色成像仪GOCI(Geostationary Ocean Color Imager)构建了太湖悬浮物浓度估算模型,并分析了典型风浪过程中太湖悬浮物浓度短期动态变化过程.研究表明:对太湖水体悬浮物浓度较为敏感的波段为GOCI的第7波段(745nm)和第8波段(865 nm),悬浮物浓度与对应波段遥感反射率线性相关决定系数分别为0.72和0.55;基于GOCI第7波段的悬浮物浓度单波段遥感估算模型能较为准确地估算太湖的悬浮物浓度,模型相对均方根误差和平均绝对百分误差分别为28.3%和24.4%.通过研究典型风浪过程前后太湖悬浮物浓度变化发现其短期动态变化显著,风速、风向是悬浮物浓度短期动态变化的重要驱动因素,悬浮物浓度与风速呈正比,并随着风向扩散;高频连续GOCI影像结果显示悬浮物浓度短期动态变化对风浪扰动的响应有一定的滞后性,滞后时间为数小时到1天,悬浮物沉降与沉积物再悬浮的临界风速约为3.4 m/s. 相似文献
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基于叶绿素荧光峰特征的浑浊水体悬浮物浓度遥感反演 总被引：4，自引：0，他引：4
内陆水体光学特性复杂,其水质参数遥感反演是当前环境遥感研究的热点与难点.2004年10月在太湖实测了67个站点的遥感反射率与相应站点水质参数浓度,通过对水体反射率光谱的分析发现,秋季太湖悬浮物主导了水体光学特性,叶绿素荧光峰的特征主要体现为悬浮物浓度的变化.据此建立了基于水面实测岛光谱遥感反射率数据的叶绿素荧光峰特征与悬浮物浓度之间的拟合关系,发现二者具有很好的响应关系.具体分析了叶绿素荧光峰绝对高度、基线高度、归一化高度(分别归一化到560nm附近最大反射率波段与近红外810nm附近最大反射率波段)及荧光峰积分面积(包括积分总面积、基线以下面积与基线以上面积)等儿种光谱特征与悬浮物浓度之间的关系,其相关系数(R2)分别为0.8822、0.7483、0.8901、0.8547、0.8927、0.8877、0.8632,平均相对误差分别为27.25%、41.03%、27.11%、25.75%、24.91%、25.47%、27.54%.总体反演精度较高,其中总积分面积法效果最好,基线高度法效果最差,而叶绿索荧光峰波段的位移与悬浮物浓度之间不存在明显的相关性.研究结果表明叶绿素荧光峰特征在浑浊内陆水体悬浮物浓度信息提取中具有很好的应用前景,该方法可为浑浊的二类水体悬浮物遥感反演提供了一个新思路. 相似文献
3.
太湖五里湖水体悬浮物中水溶性有机质(WSOM)的荧光光谱组分鉴别及其与氮形态的关系 总被引：2，自引：2，他引：0
采用三维荧光光谱-平行因子法(EEMs-PARAFAC)分析太湖五里湖水体悬浮物中水溶性有机质(WSOM)的荧光光谱特征,研究其组分类型、分布规律以及来源,进一步探讨悬浮物中水溶性有机氮和无机氮含量与WSOM荧光组分之间的关系.结果表明,悬浮物中WSOM荧光组分主要由2个类腐殖质(C1、C2)和1个类色氨酸类蛋白质(C3)组成.总荧光强度在57.56~200.01 R.U./g之间,平均为115.42 R.U./g,其中C1、C2、C3的相对比例分别为35.55%、34.05%和30.40%;空间上由西向东逐渐增强,东五里湖高于西五里湖,沿岸区高于湖心区.荧光指数和生物源指数变化范围分别在1.48~2.34和0.65~0.87之间,反映了悬浮物中WSOM主要来源于微生物、藻类的自生生物源.多元回归统计分析结果表明,悬浮物WSOM与氮元素的迁移转化密切相关,且有机氮与WSOM荧光组分的相关系数大于无机氮. 相似文献
4.
太湖水体散射特性及其空间分异 总被引：2，自引：0，他引：2
利用Wetlabs公司研制的AC-S和BB9于2006年10月24目至11月2目对太湖水体的散射系数和后向散射系数进行了测量,在此基础上建立了太湖水体散射系数与后向散射系数之间的关系模型。用2种曲线函数模拟,即在蓝光波段使用S形曲线模型,在绿光和红光波段使用逆函数模型,各模型的MAPE和RMSE变化范围分别为0.027-0.156m^-1、0.005-0.050m^-1,模型整体预测精度都较高。研究发现后向散射系数与散射系数的空间分异现象明显,北部梅梁湾、湖心区、西部及西南部水域散射较强,而东太湖、胥口湾等东部水域的散射相对较弱。 相似文献
5.
太湖水体中悬浮物的静沉降特征 总被引：8，自引：0，他引：8
本文分别采用斯托克斯沉降速率公式和重复深度吸管法计算了2005年4月、5月间在太湖进行的四次静沉降模拟实验中的沉降速度．结果表明：1)太湖水体中悬浮物的沉降属于絮凝沉降．2)水体中悬浮物浓度与沉降时间均呈现出明显的指数衰减规律(R~2＞0．80),悬浮物中无机物含量较高时这种规律更为明显(R~2≥0．99)．3)悬浮物浓较低时,太湖悬浮物的沉降速率与水体中的悬浮物浓度无明显的相关关系;而悬浮物浓度较高时,沉降速率随悬浮物浓度升高而增大．经拟合沉降速度(ω)与悬浮物浓度(C)之间符合Logistic曲线ω=0．021/(1 exp(-0．026(C-166．3))),R~2=0．98,n=54．4),斯托克斯公式可用来粗略估算太湖悬浮物的沉降速率,而重复深度吸管法则适合于较精确地计算太湖悬浮物的沉降速率．但在计算时须注意根据悬浮物的特性,选取其特征沉降速率．本文计算得到的太湖悬浮物的沉降速率范围为0．002 cm/s-0．005 cm/s． 相似文献
6.
应用水表面下辐照度比估测太湖夏季水体叶绿素a浓度 总被引：1，自引：0，他引：1
利用便携式光谱辐射计,采用一定的观测角度获取水体表面的光谱,进而提取水表面下辐照度比R(0-)信息,分析R(0-)光谱特征与叶绿素a浓度之间的相互关系,结果表明太湖夏季水体叶绿素a浓度与R(0-)光谱曲线762 nm、727nm和496nm处的相关系数较大,分别达到了0.85、0.84、-0.80.通过单波段、波段比值模型分析,认为以R(0-)761、R(0-)762/R(0-)496、R(0-)727/R(0-)496为自变量的二次函数模型是利用水表面下辐照度比R(0-)估算太湖夏季水体中叶绿素a浓度的最佳模型,模型的决定系数R2分别达到了0.923、0.919、0.916,回归估计的标准误差S分别为0.012、0.013、0.013,F检验值分别为101.241、96.576、92.925.利用剩余10个样本对估算模型进行精度和误差检验,结果表明以R(0-)762/R(0-)496为自变量的二次函数模型好于另外两个,对太湖夏季水体叶绿素a浓度估算具有一定的实用性.此外,将光谱微分技术应用到R(0-)信息分析太湖夏季水体叶绿素a浓度,结果不能获得较高的预测精度. 相似文献
7.
秋季太湖悬浮物高光谱估算模型 总被引：10，自引：0，他引：10
2004年10月,在太湖设置67个采样点,现场测量了水体遥感反射比、后向散射系数和辅助参数,实验室分析了水体的悬浮物浓度和水色要素吸收系数.本文在对遥感反射比光谱分析的基础上,比较了几种水体遥感反射比光谱估算悬浮物浓度的方法,结果发现广泛应用的带比值项的算法,虽然可以应用于太湖总悬浮物浓度估算,但是普遍存在相对误差较高的弱点.通过对光谱的分析,确定了750hm单波段算法的参数,并提出了利用近红外812nm波峰高度来估算水体悬浮物的方法.文中还详细阐述了为什么比值算法等在太湖水体悬浮物浓度估算中相对误差比较高,并解释了利用近红外估算精度高的原因,并指明以上算法在遥感应用中的优点和不足,以及现实水体(水质)遥感对现有遥感器配置和遥感算法的需求. 相似文献
8.
太湖水体的后向散射概率 总被引：1，自引：0，他引：1
假设2004年10月太湖水体的吸收系数和遥感反射比的测量误差为0,利用生物光学模型,通过优化算法,在光学深水区模拟获得水体的后向散射系数,然后通过后向散射概率和颗粒物后向散射系数之间的定量关系,获得水体中可能真实的颗粒物后向散射概率结果表明,太湖水体的颗粒物后向散射概率不是一个定值,可以表示为波长的二次函数,在442、488、532、589、676和852nm处分别为0.017、0.017、0.027、0.033、0.054和0.094,均值为0.041,标准偏差为0.030。 相似文献
9.
水下光照分布是影响水生态系统的重要因素,研究光合有效辐射衰减特征对于沉水植物恢复具有一定的指导意义.根据沉水植物生物量资料,将东太湖划分为沉水植物茂盛区、沉水植物稀疏区和无植物区3种区域.基于2019年夏季原位水下光场资料,探讨了东太湖光衰减特性和光照衰减因子的空间差异以及不同区域内的主导衰减因子,分析了东太湖的稳态阶段和富营养化水平,并阐述了真光层深度与透明度的关系,以期为东太湖沉水植物恢复和保护提供相关资料.结果表明:东太湖不同区域光衰减特性差异显著,光合有效辐射衰减系数(k d(PAR))在0.73~11.80 m^-1之间变化,真光层深度范围为0.39~6.31 m.不同区域的无机悬浮物和有机悬浮物浓度存在显著性差异,稀疏区叶绿素a浓度显著高于茂盛区,而与无植物区没有显著差异,有色可溶性有机物(CDOM)吸收系数在3种区域无显著性差异.k d(PAR)与无机、有机悬浮物的线性拟合效果较好,而与叶绿素a、CDOM拟合较差.水体吸收和散射作用是茂盛区光衰减的主要原因,无植物区域主导衰减因子仅有无机悬浮物,稀疏区由叶绿素a和无机悬浮物共同主导,是生态修复需要重点关注的区域,有机悬浮物和CDOM对东太湖光照衰减没有太大影响.东太湖目前正处于从草型稳态向藻型稳态过渡的阶段,整个湖泊属于富营养水平,真光层深度大约为透明度的2.7倍. 相似文献
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新疆艾比湖主要入湖河流精河与博尔塔拉河三维荧光光谱特性及其与水质的关系 总被引：4，自引：4，他引：0
以艾比湖主要入湖河流——精河与博尔塔拉河为研究对象,分别分析了精河与博尔塔拉河的水体溶解性有机质(DOM)的组成结构及水质参数与荧光指数的关系.利用平行因子分析法对三维荧光光谱(EEM)分析发现,精河与博尔塔拉河均含有C1(260/420 nm)腐殖酸等有机质、C2(240,240/490 nm)UVC类腐殖质、C3(220/280,300/450 nm)蛋白质类有机质和C4(260,270/530 nm)类腐殖质,且不同荧光组分结构具有一定差异性.为了进一步了解DOM组分特征,采用三维荧光区域积分法分析各区域标准体积百分比,结果表明精河与博尔塔拉河EEM的区域Ⅰ与区域Ⅱ蛋白质有机质含量最高,区域Ⅲ富里酸含量最低.相关性分析表明,主要入湖河流的水质参数与荧光指数中,自生源指数(BIX)与总氮(TN)浓度以及腐殖化指数(HIX)与铵态氮(NH_4~+-N)浓度的相关性较强,相关系数分别为0.831和0.684,且具有显著性;HIX与TN浓度的相关系数为0.604,达到显著性水平.进而对相关性较强的水质参数与荧光指数进行3次拟合,其中HIX与NH_4~+-N浓度的拟合效果最好,相关性系数为0.908,其次是BIX与TN浓度,相关性系数为0.844.总之,通过分析精河与博尔塔拉河三维荧光特征,以及探讨荧光指数与水质参数的关系,可为治理干旱区水环境问题提供理论依据和参考. 相似文献
12.
结合高光谱数据反演吉林石头口门水库悬浮物含量和透明度 总被引：6，自引：1，他引：5
水中悬浮物含量是评价水环境质量的一个重要参数,它可影响水体透明度、混浊度、水色等光学性质,决定太阳光照在水下的分布和浮游植物对光照的利用,并最终影响水体的初级生产力.本文利用长春市石头口门水库的高光谱实测数据和水质采样分析数据,尝试通过一阶微分法建立悬浮物估测模型,再用估测结果反演透明度信息.结果表明:用590nm处的一阶微分光谱值建立的悬浮物估测模型的决定系数R2和均方根误差(RMSE)分别为0.76、9.09 mg/L,验证模型的R2和RMSE分别为0.79、7.15 mg/L;石头口门水库上游严重的水土流失导致透明度受悬浮物含量影响较大,两者存在明显的指数关系,相关系数r为-0.80,用悬浮物含量建立的透明度估测模型的R2和RMSE分别为0.79和0.12 m,验证模型的R2和RMSE分别为0.82、0.11 m.显著水平均为p＜0.01.研究结果表明,该方法用于石头口门水库悬浮物含量和透明度的定量遥感结果较理想. 相似文献
13.
分季节的太湖悬浮物遥感估测模型研究 总被引：6，自引：0，他引：6
根据1996-2002年无锡太湖监测站的水质资料分析,太湖悬浮物具有季节性特征,因而分季节的悬浮物估测模型比单一的模型可能更加适合用来估测太湖全年的悬浮物浓度.在分析太湖水体光谱特征的基础上,根据太湖悬浮物的季节性分布特征,使用春夏秋冬四季的Landsat TM/ETM图像和准同步的水质采样数据,建立了太湖分季节的悬浮物估算模型.结果表明:估测因子(B2 B3)/(B2/B3)在春、秋、冬三季都能很好地估测出悬浮物的浓度(R2＞0.52).夏季由于叶绿素的干扰性较大,悬浮物的估测效果不理想.冬季的估测效果最好(R2=0.81),模型为lnSS=14.656×(B2 B3)/(B2/B3) 1.661,其中,ln SS表示悬浮物取自然对数后的值,B2、B3为TM/ETM图像经过6S大气校正、3×3低通滤波后第2、3波段的反射率值. 相似文献
14.
Seventeen groundwater quality variables collected during an 8‐year period (2006 to 2013) in Andimeshk, Iran, were used to implement an artificial neural network (NN) with the purpose of constructing a water quality index (WQI). The method leading to the WQI avoids instabilities and overparameterization, two problems common when working with relatively small data sets. The groundwater quality variables used to construct the WQI were selected based on principal component analysis (PCA) by which the number of variables were decreased to six. To fulfill the goals of this study, the performance of three methods (1) bootstrap aggregation with early stopping; (2) noise injection; and (3) ensemble averaging with early stopping was compared. The criteria used for performance analysis was based on mean squared error (MSE) and coefficient of determination (R2) of the test data set and the correlation coefficients between WQI targets and NN predictions. This study confirmed the importance of PCA for variable selection and dimensionality reduction to reduce the risk of overfitting. Ensemble averaging with early stopping proved to be the best performed method. Owing to its high coefficient of determination (R2 = 0.80) and correlation coefficient (r=0.91), we recommended ensemble averaging with early stopping as an accurate NN modeling procedure for water quality prediction in similar studies. 相似文献
15.
兴凯湖春季水体悬浮颗粒物和CDOM吸收特性 总被引：1，自引：0，他引：1
为了分析兴凯湖水体光学活性物质的吸收特性、来源和空间分布以及对400~700 nm范围内总吸收的贡献,于2013年5月对该水体进行野外实验,对水体中浮游藻类、非藻类颗粒物和有色可溶性有机物的吸收特性和水质参数进行测定.结果表明:总悬浮颗粒物的吸收光谱与非藻类颗粒物相似,色素颗粒物含量较少且单一,非藻类颗粒物在总悬浮颗粒物吸收中占主导地位,其贡献率始终在50%以上.CDOM吸收曲线的拟合函数斜率值Sg均高于其它水体.440 nm处总悬浮颗粒物和非藻类颗粒物的吸收系数ap(440)、ad(440)与总悬浮颗粒物、无机悬浮颗粒物和有机悬浮颗粒物浓度相关性均较好,与叶绿素a(Chl.a)浓度的相关性较差.兴凯湖与其它Ⅱ类水体的差异性表现在440 nm处CDOM吸收系数ag(440)与Chl.a浓度、溶解性有机碳(DOC)浓度均无显著相关性,说明DOC以无色部分为主.总体上,大兴凯湖各吸收系数和水质参数均值均低于小兴凯湖,后者水质受农耕区退水及周围渔业、旅游业的影响较大. 相似文献
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《水文科学杂志》2013,58(3)
Abstract Remote sensing technology is being conceived as a cost-effective tool to monitor the eutrophication problem in shallow inland lakes and reservoirs. The objective of this study is to develop hyperspectral remote sensing algorithms for chlorophyll and accessory pigments retrieval in the Ishizuchi Reservoir in Japan. The laboratory reflectance data of 207 field samples with manipulated pigment and suspended sediment concentrations were measured between 400 and 700 nm with a hyperspectral spectroradiometer, and integrated into 60 contiguous narrow bands. Band ratio and spectral absorption algorithms were developed by regression analysis with the observed chlorophyll measurements, and their estimation accuracies were evaluated using the RMSE of the estimates. Algorithms developed from spectral absorption ratios a(675 nm)/a*(675 nm) for five different classes of total pigment concentrations were more accurate than the algorithms based on band ratios Rrs (538 nm)/Rrs (488 nm), Rrs (581 nm)/Rrs (463 nm) and Rrs (674 nm)/Rrs (622 nm) as a result of removing the influence of overlapping absorption and scattering by water molecules and suspended solids from total absorption spectra. 相似文献
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S. C. Bird 《水文研究》1987,1(4):321-338
Suspended solids contamination caused by runoff below a working colliery in the Upper Clydach catchment in South Wales, U.K., was investigated in relation to hydrological controls. Field studies over a 16 month period found that concentrations below the colliery ranged from 4 to 8028 mg 1?1. Simple correlation and linear regression analysis of spot and storm event samples taken below the colliery gave a correlation coefficient of 0·39 between flow and suspended solids concentration. Because of the lack of explained variance, a multiple linear regression model of within-storm concentrations was derived using four selected independent variables. X1 the time relation of the sample to the storm peak; log X2 the stormflow at the time of sampling; log X3 the baseflow at the time of sampling; and log X4 an index of the storm intensity. Analysis of the entire dataset gave an R2 of 0·34. When the results from three atypical events were excluded however, the R2 value improved to 0·65. Beta coefficients indicated that rising limb conditions (X1) and intense storms (log X4) along with dry antecedent conditions (log X3) represent the worst combination of hydrological factors for producing suspended solids contamination. 相似文献
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峡谷分层型水源水库表层沉积物溶解性有机物光谱特征 总被引：7，自引：1，他引：6
结合三维荧光光谱技术（EEMs）与紫外吸收光谱（UV-vis）,并利用平行因子分析（PARAFAC）的方法,对金盆水库表层沉积物中溶解性有机质（DOM）光谱的空间分布特征及来源进行分析,并探讨沉积物DOM的荧光组分与可溶性有机氮（SON）、可溶性无机氮（SIN）之间的相关性.结果表明,金盆水库表层沉积物DOM由3类荧光组分组成,分别是类富里酸C1（235 nm,315 nm/430 nm）、类色氨酸C2（220 nm,275 nm/330 nm）和类胡敏酸C3（265 nm/520 nm）,各组分荧光强度占总荧光强度百分比的平均值分别为43.15%、31.54%和25.31%.表层沉积物DOM浓度在空间上呈现从上游到主库区先减少后增加的趋势.光谱斜率S275-295、S350-400和光谱斜率比SR反映出各采样点陆源与内源占比的差异性.荧光指数、自生源指标和腐殖化指标都表明金盆水库沉积物DOM的来源具有内源与陆源双重特征.相关性分析表明,表层沉积物DOM各组分与SON和SIN均呈显著正相关,说明DOM与氮元素的迁移转化密切相关. 相似文献
19.
富营养化湖泊典型水华蓝藻的固有光学特性 总被引：2，自引：2，他引：0
固有光学特性是水体光学特性的重要内容,掌握富营养化湖泊水体内典型水华蓝藻的固有光学特性,是开展不同水华蓝藻遥感识别的理论基础.利用AC-S吸收衰减仪、BB9后向散射仪,通过实验室纯藻培养,研究微囊藻（Microcystis）、鱼腥藻（Dolichospermum）和束丝藻（Aphanizomenon）3种典型水华蓝藻的固有光学特性,并探讨色素浓度、色素占比以及藻类等效粒径对不同水华蓝藻固有光学特性的影响.结果表明,3种典型水华蓝藻的吸收光谱曲线均具有440、620和675 nm吸收峰,微囊藻620和675 nm的比吸收系数最大,鱼腥藻440 nm处的比吸收系数最大;束丝藻单位色素浓度的散射和后向散射能力最高,鱼腥藻次之,微囊藻最低;固有光学特性影响因子分析表明,色素浓度和藻蓝素占比是影响3种水华蓝藻固有光学特性的主要因素.3种蓝藻的吸收系数、散射系数以及鱼腥藻、束丝藻的后向散射系数均随着色素浓度（叶绿素a或藻蓝素）的增加而增大;当蓝藻中藻蓝素占比增加时,3种蓝藻的单位色素浓度的后向散射系数逐渐下降;而藻细胞粒径与固有光学特性之间并未表现出很好的相关性.因此,3种水华蓝藻单位色素浓度的固有光学特性将为典型水华蓝藻的遥感识别提供重要的理论基础和数据支持. 相似文献
20.
下行漫衰减系数(K_d)是描述水下光场的重要参数,决定水体真光层深度,影响着浮游藻类初级生产力及其分布特征.基于2008—2013年太湖4次大规模野外试验数据,分析太湖水体漫衰减系数特征及其影响因素,建立适用于多种卫星数据且较高精度的太湖水体490 nm处下行漫衰减系数估算模型.结果表明:无机悬浮物是太湖水体漫衰减系数的主要影响因素;红绿波段比值(674 nm/555 nm)最适合于太湖K_d(490)估算,模型反演精度较高(N=72,R~2=0.72,RMSE=0.89 m~(-1),MAPE=21.58%);利用实测光谱数据,模拟得到MODIS/EOS、OLCI/Sentinel-3、GOCI/COMS和MSI/Sentinel-2等主要传感器波段的信号,构建适用于多种卫星传感器K_d(490)估算的红绿波段模型,建模精度较高(N=72,R~20.7,RMSE0.9 m~(-1),MAPE22.0%),且进行了验证(N=37,R~20.7,RMSE0.9 m~(-1),MAPE22.0%). 相似文献