用分析模型的方法反演水体叶绿素含量.pdfVIP

用分析模型的方法反演水体叶绿素含量枣 ， 李云梅 0097) (南京师范大学地理科学学院，21 1 引言 太阳辐射到达气——水界面，一部分被反射，而另一部分则折射进入水体内部，这部分入射光 在水面下被多种分子散射和吸收。由于水体中所含成分如浮游植物、溶解性有机物、悬浮颗粒物等 的不同，导致水体对不同波长光的吸收和散射不同，、并引起反射率、向上辐照、颜色等表观参数的 改变。遥感监测水体水质参数正是基于水体中所含不同成分的光学特性不同，寻找不同成分的特征 波段，并根据传感器所接收到的信息，反演水体中不同成分的含量及其空间分布等信息。目前，利 用遥感传感器记录的辐射值或光谱反射率估测水质通常有三种方法，即经验方法、半经验方法和分 析方法。经验方法是通过建立遥感数据与地面监测的水质参数值之间的统计关系外推水质参数值， 由于水质参数与遥感数据之间的事实相关性不能保证，所以该种方法结果缺乏物理依据。半经验方 法是将已知的水质参数光谱特征与统计模型相结合，选择最佳的波段或波段组合作为相关变量估算 水质参数值的方法，这种方法具有一定的物理意义，是目前最常用的方法。国内对于水质参数的估 算大部分使用的是经验和半经验模型，对于分析模型还很少涉及。本文尝试利用Gordon模型，对太 湖的水体反射波谱进行模拟，并反演水体的叶绿素和悬浮物含量。 2研究方法 利用同步进行的水体波谱实测数据汞1水体取样分析数据，修正Gordon模型的部分参数，并利用 太湖水体的同有光学特性，建立水体反射波谱的模拟模型，进而用Powell模型，反演水体叶绿素。 2．1 实验方法 2．1．1 水体波谱实测 分析方法测量叶绿素a浓度。 用美国ASD公司生产的ASD Pro便携式光谱辐射计进行水面光谱测量，该仪器的波 FieldSpec 坏，采用如图所示的角度进行观测。图中，如为1350左右，0为400左右【11。在每一测点测量以下四 个参数：仪器对着水面测量的辐亮度、仪器对着天空测量的辐亮度、仪器对着漫反射参考板测量的 辐亮度和仪器对着遮挡太阳光后的漫反射参考板测量的辐亮度。仪器对着水面测量时，测量的积分 时间设为172ms，连续测量10条光谱曲线，所测数据不在仪器内部进行平均。测量所用的标准板为 反射率为30％的灰板。 ’李云梅，南京师范火学地理科学学院，南京市宁海路122号，210097。Tel：025E．mail ．1iyunmei@email．njnu．edu．cn 项目资助：863项目：“环境遥感监测软件系统与业务运行示范”，编号：2003AAl31060 2|09 图1观测样点的空间分布 平暖 图2水体光谱的观测几何 在测量水面波谱的同时，记录各测点的GPS坐标和当时的风向风速。 2．1．2 水体波谱数据的处理 观察所测数据，剔除异常值后用求平均值的方法求出所测的各辐亮度值，进而计算R(03(R(0-) 为刚好位于水面下方的反射率)。R(O-)的计算方法如下： 离水辐亮度的提取 在避开太阳直射反射、忽略或避开水面泡沫的情况下，光谱仪测量的水体光谱数据为： 2 Lsw Lw+r Lsky U 其中Lw为离水辐亮度；Lsky为天空漫散射光，不带有任何水体信息，必须去掉；r=r(矿，0v，咖，，00，巾o) 2lO 为气一水界面对天空光的反射率，r=2．I％--一5％，r的大小取决于太阳位置(。o，如)、观测几何(。。，巾v)、 风速风向(∥)或海面粗糙度等因素，在本研究中取闻．022。 归一化离