烟台近海水体叶绿素遥感反演及季节变化研究

二类水体水色组分反演精度的提高是水色遥感要解决的关键问题之一。本研究旨在通 过分析模拟数据的光谱特性，寻找适合研究区的最优反演模型。通过分析模拟数据和烟台 近海水体实测的叶绿素浓度数据和高光谱数据，利用三波段模型和反射峰面积法对水体中 叶绿素浓度进行了反演研究，同时利用反射峰面积法对珠江口水体总悬浮物浓度进行了反 射峰面积模型的推广。此外，通过利用MODIS L1B 数据对烟台近海水体叶绿素浓度进行 了反演研究，得到了烟台近海水体叶绿素浓度季节分布图，为研究烟台近海水体叶绿素的 年内变化趋势提供了良好的基础。 本论文研究内容主要包括三部分：一是利用三波段模型分别对模拟数据集和实测数据 进行水体叶绿素浓度反演的研究；二是利用反射峰面积法对模拟数据和实测数据进行了水 体叶绿素浓度的反演研究，同时利用珠江口悬浮物浓度数据对反射峰面积法进行了推广研 究；三是利用MODIS L1B 影像数据对烟台近海水体叶绿素浓度的季节分布状况进行了研 究。文章的主要创新点是利用三波段模型对烟台近海水体中的叶绿素浓度进行了反演，同 时提出了一种新的二类水体叶绿素浓度的反演方法——反射峰面积法，并利用烟台近海实 测水体叶绿素浓度数据对该方法进行了验证，同时利用珠江口水体的总悬浮物浓度数据对 该方法进行了推广，得到了较高的反演精度。通过本文的研究得出如下结论： 通过利用三波段模型对模拟数据和实测数据研究发现，和其它水体叶绿素反演模型相 比，用三波段模型反演模拟数据的叶绿素浓度，反演精度较高，其决定系数达0.9967。利 用建立的三波段模型反演模拟数据的叶绿素浓度其RMSE 为0.83μg•L-1，相对误差为12.9 ％。与此同时，利用三波段模型对现场实测的反射率光谱进行了烟台近海水体叶绿素的反 演研究，发现利用实测光谱建立的三波段模型反演叶绿素浓度其决定系数为0.6608，RMSE 为0.59μg•L-1，相对误差为36.7％。通过对比其它反演模型可知基于实测数据的三波段模 型其反演精度要优于其它模型。此外，依据MERIS 和MODIS 的波段设置，对现场实测的 高光谱数据进行了处理，并对模拟的MERIS 和MODIS 数据进行了三波段模型的验证，发 现模拟MERIS 和MODIS 的三波段模型同样能较好的反演烟台近海水体的叶绿素浓度。 通过利用反射峰面积法对模拟数据及实测数据进行了叶绿素浓度的反演研究，发现利 用反射峰面积法反演模拟数据的叶绿素浓度（1～50μg•L-1），其决定系数是0.999，利用 反射峰面积模型反演叶绿素浓度其RMSE 为0.45μg•L-1，相对误差为6.7％。利用反射峰面 积模型反演模拟光谱数据的叶绿素浓度其反演精度要优于其它的反演模型。此外，通过研 究实测烟台近海水体叶绿素浓度同反射峰面积之间的关系，结果表明实测叶绿素浓度和实 测光谱反射峰面积之间的线性关系最显著，其决定系数是0.5589，利用建立的反射峰面积 模型反演研究区叶绿素浓度其RMSE 是0.67μg•L-1，相对误差是39.9％。为了验证反射峰 面积法的有效性，利用珠江口实测水体的悬浮物浓度和高光谱数据对反射峰面积法进行了 推广研究，发现反射峰面积法能较好的反演珠江口的悬浮物浓度。