遥感辅助的高动态鄱阳湖悬浮泥沙模拟预测与时空一致性评价

充分利用在水环境遥感大气校正、参数反演算法和数值模型方面的研究成果与经验，结合多年来积累的实测数据，针对鄱阳湖高动态且悬浮泥沙遥感难以准确估算的问题，在获取以HJ CCD影像为主，辅以MODIS等影像长时间序列水体范围和悬浮泥沙浓度产品的基础上，开展鄱阳湖悬浮泥沙模拟预测与时空差异性研究。通过建立动边界湖泊干湿网格判断的水动力数值模型，对比遥感提取结果并率定模型参数，实现鄱阳湖水位和水体范围模拟；在分析鄱阳湖长时序悬浮泥沙动态变化规律基础上，充分发挥数值模型时空扩展的优势，实现遥感反演与数值模拟耦合的悬浮泥沙动态监测和预报；研究鄱阳湖悬浮泥沙分布变化响应时间，并识别数值模拟与遥感反演结果空间差异的显著区域，研究数值模型对鄱阳湖的模拟能力。本项目将遥感与数值模拟耦合模拟预测高动态鄱阳湖水沙环境，可为维护鄱阳湖水生态安全、水环境治理等政府管理决策提供科学支持，具有重要的方法意义和实际应用价值。

本项目针对受采砂扰动的吞吐型湖泊—鄱阳湖，将遥感定量反演与水动力—悬浮泥沙输移模拟相结合，提出了遥感与数值模型耦合的湖泊水环境监测方法，拓展了定量遥感理论与方法体系，为大型通江湖泊采砂扰动下的水环境监测提供了一套可行的业务化方法。.本项目研究成果和科学贡献主要体现在以下六方面：（1）组织了2次鄱阳湖野外观测，获取了鄱阳湖丰水期水体光学、水质、水文和气象等数据，丰富了现场观测数据；（2）针对水体高动态变化的鄱阳湖，提出利用实测数据和遥感数据辅助进行鄱阳湖动力模拟的方法。根据不同底质类型，采用了空间分布的底部糙率系数，利用遥感提取的水体范围数据对干湿网格变化的临界水深参数进行了率定，显示出遥感辅助建立鄱阳湖水动力模型的应用能力。（3）针对内陆浅水湖泊，考虑陆地邻近效应，提出了MODIS辅助的HJ CCD遥感大气校正方法，为湖泊悬浮泥沙高精度遥感定量反演提供科学支撑；以水体光学辐射传输理论为基础，构建了考虑内陆浅水湖泊特征的鄱阳湖悬浮物遥感反演模型，针对MODIS和HJ CCD影像，实现了鄱阳湖丰枯水期悬浮泥沙定量反演；（4）采用HJ CCD和Landsat TM影像，提出了基于中分辨率光学遥感影像的船舶识别方法，以及湖泊底质与浑浊度特征结合的采砂活动监测方法，发现了鄱阳湖采砂活动在2008年以前主要集中在北湖，2009年以来向南湖扩展，北湖的采砂活动全年均在进行，南湖集中在丰水期；（5）结合鄱阳湖底质类型分类数据，不同底质类型区域对悬浮泥沙再悬浮和沉降参数敏感性差异较大。研究表明，考虑鄱阳湖底质的空间差异，数值模型能够较好的模拟悬浮泥沙的时空动态变化。（6）提出了鄱阳湖遥感反演悬浮泥沙数据同化到数值模型的方案，选择利用最优插值方法将遥感反演的悬浮泥沙浓度同化到悬浮泥沙输移模型中，通过现场实测数据验证，同化模拟的均方根误差为13.1 mg/L，比非同化模拟平均相对误差减少39.4%。同化模拟在鄱阳湖不同区域对模型模拟影响的时间不同，平均影响时间为10.8天。最后对多源悬浮泥沙数据进行了时空一致性评价。.研究成果发表论文22篇，其中SCI检索论文9篇，申请专利2项，授权计算机软件著作权2项。培养硕士博士研究生11人，其中已完成答辩博士论文3篇，硕士论文4篇。