近岸/内陆水环境遥感时空谱研究及应用成果

图5-16展示了基于点扩散函数PSF的高空间分辨率通过尺度转换为低空间遥感影像数据的示意图。两个误差分析的结果都是以基于点扩散函数法的结果作为基准，结果显示两种空间转换方法的尺度误差都具有典型的随空间尺度增大而显著增大的整体趋势。且局部高动态活跃水体，其空间尺度误差可达到10%左右，但所占整体区域比例较小，因此本研究未重点讨论。

理论教育 2023-11-22

多源传感器辐射稳定性和一致性研究进展

另外，星载遥感传感器存在不同程度的通道衰减。因此，遥感器发射后，如何能准确地对遥感传感器系统进行辐射定标一直是困扰我国遥感定量化应用的难题之一。目前已有的针对国产卫星辐射定标的研究，多针对单一传感器、单一时刻的辐射响应研究，相对于国外已经较为成熟且可业务化应用的辐射定标技术，国产卫星的辐射一致性研究仍处于起步阶段。因此，在轨辐射定标方法对于传感器辐射稳定性监测和定量遥感应用具有重要的意义。

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辐射不确定性对水环境遥感的影响分析

在由卫星信号反推水体反射率的模拟过程中，随机加入±5 %的辐射定标误差，去除大气程辐射后，获得辐射不确定性影响下的各波段水体反射率数据，通过与原始输入的水体遥感反射率对比，获取辐射定标不确定对水环境定量遥感数据的影响分析结果。基于上述分析的水体遥感反射率不确定性结果，结合常用的悬浮颗粒物反演模型，进一步分析了辐射不确定性对水环境定量产品的影响。图3-9传感器辐射不确定性对水体遥感反射率的定量影响分析

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水环境关键参数时间尺度分析-定量遥感时空谱研究及应用

水环境的时间变化尺度决定了理论上为了有效解析水环境要素的动态变化特征所需要的最低时间分辨率需求。参考图4-2和图4-3的鄱阳湖实测数据趋势，可以得出该周期与实测数据的变化周期基本一致，也论证了本研究中该半变异分析进行时间尺度分析方法的有效性。本研究重点关注的是拟合后的半变异函数的参数:变程，该参数定量描述了水环境要素的时间变异尺度。图4-6鄱阳湖站点B浊度、叶绿素和CDOM的时间变化尺度分析

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近岸水环境遥感研究区域与数据

各研究区域的情况简介如下。图5-2典型研究区域和高分数据示意图1.鄱阳湖鄱阳湖位于江西省北部，介于北纬28°22＇~29°45＇，东经115°47＇~116°45＇，是我国最大的淡水湖泊，也是我国仅次于青海湖的第二大湖泊。所有的影像经过辐射定标，MODIS数据辅助的大气校正，获取遥感反射率影像作为研究分析基准数据。

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近岸/内陆水环境遥感研究进展-定量时空谱的应用

而水环境定量遥感监测中的尺度效应目前还鲜有研究。而前已有的水环境遥感监测研究多集中于水色参数的各类反演算法，而针对时空尺度的研究还较为鲜见。图1-1遥感时空分辨率与近岸/内陆水环境变化过程尺度差异在遥感时间尺度研究方面，国际水色协调组织推荐针对典型的内陆湖泊和近岸高动态水体，水色遥感卫星的时间尺度/重访周期至少需要每天一次。然而根据已有的研究，近岸和内陆水环境存在典型的日内变异特征。

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近岸水环境要素观测误差与分析策略

图4-12分别展示了我国近岸/内陆水体TSS不同时刻的观测误差时空分布趋势图。结果表明也是在14:30的观测误差达到最小，其误差水平集中在12.4 %。图4-14太湖TSS观测时刻误差统计直方图图4-15渤海湾TSS观测时刻误差统计直方图图4-16长江口TSS观测时刻误差统计直方图表4-10和图4-18分别给出了我国近岸/内陆典型区域太湖、渤海湾、长江口和南海的TSS观测时刻30%误差比分布表和误差均值分布图。

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近岸/内陆水环境定量遥感研究及应用

多源卫星遥感数据的爆发式增长，为海岸带及河口、湖泊水环境监测提供了空前的应用潜力。湖泊、河口水环境定量遥感监测由于受多重因素的综合影响，表现出高度的时空异质特点，同时，由于水体光学特性复杂，辐射信号传输过程受大气、陆表信号影响严重，因此传统的水色遥感应用受到了极大的限制。

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水环境高动态变化特性研究及应用

连续的高频次定点观测数据揭示出鄱阳湖水环境要素显著的日内和日间高动态变化特性。该统计结果显示出两个站点受到不同因素的影响，浊度变化程度差异显著，同时，也表明了鄱阳湖水体整体的高动态特性。结果表明，鄱阳湖水环境要素，包括浊度、叶绿素和CDOM均表现出显著的短周期变异特性。

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HJ-1A/1BCCD传感器在近岸

HJ-1星座两颗光学星上分别装有两台宽覆盖多光谱可见光相机。另外，HJ-1A上装有一台超光谱成像仪，HJ-1B上装有一台红外扫描仪。表2-9HJ卫星有效载荷的主要技术指标(*注:HJ-1A和HJ-1B轨道相位呈180°分布，相互间过境时间间隔为50 min左右。

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解读ENVISAT-1MERIS传感器在近岸

ENVISAT卫星是欧空局的对地观测卫星系列之一，于2002年3月1日发射升空。由表2-2可知，卫星上搭载的传感器有很多，下面主要就水色传感器MERIS进行介绍。中等分辨率成像光谱仪是Envisat-1上搭载的主要传感器之一，空间分辨率300 m，主要用于海洋和海岸带的水色监测，是目前最有优势的水色传感器之一。表2-2ENVISAT卫星主要参数设置MERIS传感器设置了15个波段，带宽在3.75~20 nm之间，在可见光波段平均带宽为10 nm。表2-3MERIS波段设置

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LandsatTM/ETM+/OLI传感器

迄今为止，Landsat系列卫星已发射了7颗，共成功发射了6颗陆地卫星，持续对地球表面进行观测。目前，Landsat5和Landsat7仍在轨道上工作，每天继续捕捉数以百计的地表影像。为确保今后陆地卫星资源数据的连续性，新一代的陆地资源卫星Landsat8已在筹备中。表2-6美国Landsat卫星参数一览表Landsat TM传感器系统分别于1982年7月16日和1984年3月1日发射升空。表2-7TM/ETM+/OLI传感器波段分布及其空间分辨率

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近岸/内陆水环境的空间尺度误差分析

基于上述的空间误差模型理论推导，本研究以GF-1 WFI 16 m高空间分辨率遥感数据为基础，通过空间变异分析和空间聚合方法，分析我国近岸/内陆水体典型水环境要素的遥感尺度误差。这种差异的影响因素可能为在研究期间鄱阳湖存在的高强度的采砂活动，导致其水环境空间变异程度剧烈增大。南海水体悬浮颗粒物受空间尺度变化的影响较小，而其他近岸/内陆水体的悬浮颗粒物误差则随着空间尺度的降低急剧增大。

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近岸/内陆水环境定量遥感研究的时空尺度分析

图5-3分别给出了鄱阳湖、太湖、渤海湾、长江口、珠江口和南海海域的空间尺度分布图。并且，鄱阳湖五河入流处、长江口入流处均表现出较低的空间变异尺度。为了分析空间尺度变化对不同类型水体的定量分析能力，进一步分别选取了高浑浊水体和低浑浊水体区域进行对比分析。表5-1总结了空间尺度变化对两种典型水体的定量监测能力的影响，其结果也与上述的分析结果一致。

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水环境定量遥感辐射灵敏性研究及应用

相比于HJ-1 CCD和Landsat 7 ETM+，GF-1 WFI和Landsat 8 OLI辐射灵敏性有了显著的提高。因此，可以看出新一代对地观测卫星传感器如Landsat8 OLI，GF-1 WFI的辐射灵敏性有了较大的改进，尤其是相对于Landsat 7 ETM+。这种辐射上的改进将大幅度地提高对水环境定量监测的能力。考虑到Landsat 7 ETM+在水环境遥感监测中的成功应用，Landsat8 OLI，GF-1 WFI等传感器具有更优的辐射特性和时空分辨能力，因此其在水环境定量遥感监测中也将发挥更大的作用。图3-4多源传感器辐射灵敏性分析

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辐射不稳定性对水环境的遥感影响分析

本小节以TSS遥感定量监测为例，采用6S矢量辐射传输模型模拟分析传感器辐射衰减引起的辐射不稳定性对陆表和水环境参数时序遥感监测的定量影响。TSS的定量监测结果受到辐射不稳定性的影响，整体产生了约50%的定量误差。

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