耦合遥感和数值模型的海岸海洋悬浮泥沙三维分布模式研究.pdfVIP

耦合遥感与数值模型的海岸海洋悬浮泥沙三维分布模式研究 李国胜1刘英2 (1．中国科学院地理科学与资源研究所，北京，10010l，ligs@igsn玎．ac．cn； 2．中国科学院研究生院，北京，100039，liuy．06b@igs肼．ac．cn) 摘要 三维泥沙分布是海岸海洋研究中的重要问题之一。传统的现场实测方法由于受测量 手段的限制，因此很难做到时间同步和空间连续。遥感方法虽然能够同步地获得大范围 海岸海洋的泥沙信息，但遥感数据一般只能反演表层海洋泥沙浓度分布信息，难以获得 真正意义上完全垂向深度的三维泥沙浓度分布。因此，如何集成包括现场观测、遥感、 数值模拟方法等海岸海洋泥沙研究方法的各自优点，构建一种能够做到时间同步、空间 连续地揭示海岸海洋三维悬浮泥沙分布规律的方法体系，从而真正实现对海岸海洋三维 悬沙浓度分布的精准刻画，无论从理论探索到实际应用都具有重要的现实意义。基于这 样的科学思路，本文对基于遥感与数值模型耦合的海岸海洋悬浮泥沙三维分布模式在渤 海试验区进行了初步研究。研究工作取得了以下主要进展： 1．系统总结了不同水动力条件及不同海岸海洋类型区悬沙浓度的垂向分布模式特 点，初步分析确定了在海岸海洋区域泥沙垂向分布的基本模式。通过对这些海岸海洋悬 沙“基准”分布模式的特点分析，为构建基于遥感与数值模型耦合的海岸海洋悬浮泥沙 三维分布模式的数值模式分层及其坐标系统选择提出了选择性建议。 2．利用ECOMSED模型，构建了渤海海域在不同区域、不同类型以及不同季节条 件的多种悬沙“基准”分布模式的垂向“模态”。通过研究，获得了渤海海域典型区域5 个断面及52个点位的悬沙浓度垂向分布“模态”，并总结分析了各自的分布特征及其可 能的形成原因。 3．对以MODIS为遥感数据源，进行了渤海海域表层悬浮泥沙浓度反演以及遥感信 悬沙浓度的方法，反演获得了渤海海域2003年不同季节的悬沙浓度分布，并验证了反 演结果的可靠性，对渤海海域悬沙浓度的时空分布特征进行了总结归纳。同时，采用衰 减深度是慢衰减系数的倒数的原理反演获得了渤海海域2003年不同季节的MODIS波段 衰减深度分布，对MODIS波段衰减深度波谱特征、时空分异特征及机制进行了分析。 通过遥感波段衰减深度的研究，获得了遥感波段所反演的海洋表层悬浮泥沙浓度实质代 表了水面下衰减深度处的泥沙浓度信息的重要结论。 4．采用在水面下衰减深度处将不同类型悬沙垂向分布“模态”与遥感反演所得悬 沙浓度相耦合的方法，通过空间及时间等信息的匹配处理，在渤海海域初步建立了基于 遥感与数值模型耦合的海岸海洋悬浮泥沙三维分布模式。研究结果表明，单纯数值模型 模拟获取的悬沙浓度水平分布虽然在整体上符合实际情况，但耦合遥感与数值模型后所 获取的渤海海域悬沙浓度三维分布相对于单纯数值模拟的结果有了很大改进，不仅水平 空间结构上充分体现了遥感数据与数模结果两者融合的信息特点，而且更加吻合实际现 场观测所获得的结论，能够更加准确地刻画渤海海域悬沙浓度的三维分布。 5．通过耦合模式研究，获得了径流、水动力、地形地貌等对渤海海域泥沙三维分 布影响的若干分析结论。 本文构建的耦合遥感与数值模型进行海岸海洋悬沙浓度三维分布的方法体系可示 范用于其他任何海域，为大范围海岸海洋悬沙浓度三维分布研究提供了一种新的思路和 技术手段。 关键词：悬浮泥沙三维分布耦合模式遥感数值模型 本研究受国家自然科学基金项目资助(项目编40571020)。