针对典型内陆水体——鄱阳湖水环境的高动态变化特性，利用定点浮标自动观测系统，通过该浮标系统搭载的多个水体光学探头及气象站观测系统，获取了长时序的高频实测水环境参数现场数据。基于该套高频实测数据，分析鄱阳湖水环境高动态变化特性，研究鄱阳湖典型水环境要素时间变异尺度，评估当前常用水色传感器的观测能力，探讨水环境遥感发展的观测时间尺度问题，包括遥感的最优观测频次和观测时间，为更有效的水环境遥感监测提供支撑。具体研究设计和思路包括以下步骤:

1.ECO数据定标

为了确保水环境参数实测数据的精度和有效性，首先需要对ECO探头所测的数据进行仪器定标。所用的定标公式如下:

式中:Data(ECO)为经过仪器定标后得到的精确的测量值；Output为ECO探头测得的原始值；Scale Factor为各个仪器的增益系数；Dark Counts为仪器的背景噪声。对于ECOFLNTU(浊度)、ECO-FL(叶绿素)、ECO-FLCD(CDOM)探头，其增益和背景噪声分别为50、20、26和0.066、0.035、0.063。

2.水环境变化时间尺度分析

同水环境空间尺度变化的分析类似，采用半变异函数分析方法，分别以0.5、1、2和4 h的时间尺度间隔，利用高频次的实测数据，研究鄱阳湖水环境要素的时间变异尺度，获取各水环境要素时间变异上相关的时间尺度，为定量描述鄱阳湖高动态变化特性和遥感观测时间尺度提供理论和应用支撑(图4-1)。

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图4-1　基于自动浮标系统高频观测的鄱阳湖水环境时间尺度研究思路

3.遥感最优观测策略研究

利用高频次现场观测数据，采用统计方法模拟卫星遥感观测场景，分析卫星观测频次和观测时刻差异对水环境要素(浊度、叶绿素、CDOM)观测参数(均值、最大值、最小值)精度的影响。

(1)将原始高频观测数据按时间重采样至0.5 h一次，即每天48次实测数据，计算每天的水环境要素的均值、最大值和最小值。

(2)将卫星观测场景限制为白天09:00—16:00的时间段进行，以保证充足和稳定的光照条件(IOCCG 2012)。在该前提下，模拟统计观测频次对观测精度的影响，设定观测频次分别为每天8次、每天4次、每天2次、每天一次和两天一次，并统计各种观测频次场景下的各个水环境要素的观测均值、最大值和最小值；进一步分析观测时刻对观测精度的影响，分别设置观测时刻由09:00开始，16:00结束，时间间隔为0.5 h，统计每个观测时刻的观测值。

(3)统计模拟卫星观测值和现场实测值的统计差异，采用均方根误差(RMSE)和相对偏差(Bias)作为评价模拟卫星观测的精度，并以多日平均均方根误差和多日平均相对偏差为最终衡量标准，如公式(4-2)~(4-4)所示。