基于GOCI影像的潮汐作用下杭州湾悬浮泥沙时空动态研究

This research aiming at the trumpet macro-tidal estuary-Hangzhou Bay, combining the satellite data, in situ measurements and laboratory analysis, selecting the Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) data, taking the aerosol optical thickness (AOT) computed by expended NIR-SWIR atmospheric correction algorithm as the input, learning from the mature atmospheric correction model based on radiative transfer theory (e.g., 6S and MODTRAN), will achieve the GOCI data atmospheric correction research with the MODIS AOT. Based on the sufficient analysis of the in situ data of Hangzhou Bay, the high accuracy retrieval model of the suspended sediment based on GOCI data will be established. Using the multi-temporal GOCI images, the distribution and spatio-temporal dynamics of the suspended sediment concentrations (SSC) can be derived at different tidal type and time in Hangzhou Bay. With the high temporal resolution GOCI data, the estuarial suspended sediment high accuracy motoring in short period scale can be achieved, and it can provide the scientific data support for the analysis of the sediment transport characteristic, channel silting and scouring variation, and the maintaining of the water ecological security, which has significant meaning in methodology exploration as well as actual application value.

本项目针对强潮型的喇叭形海湾- - 杭州湾，将卫星现场同步观测和实验室分析相结合，主要选择新一代地球静止水色成像仪GOCI数据，以采用NIR-SWIR大气校正扩展算法获取的MODIS气溶胶光学厚度数据为输入，借鉴成熟的基于辐射传输理论的大气校正模型（如：6S、MODTRAN等），实现MODIS气溶胶数据辅助下的GOCI影像大气校正研究；在充分分析杭州湾实测数据的基础上，构建具有较高精度的GOCI影像悬浮泥沙反演模型；利用多时相的GOCI数据，反演获得不同潮型和潮时下的杭州湾悬浮泥沙分布状况，分析潮汐作用下杭州湾悬浮泥沙的时空分布特征和时空变异规律。本项目利用GOCI数据高时间分辨率的优势，实现河口悬浮泥沙短时间尺度的高精度时空动态监测，可为分析潮汐作用下的泥沙输运特征、研究航道冲淤变化和维护水生态安全等提供科学数据支持，具有重要的方法探索意义和实际应用价值。

本项目选择杭州湾为研究区域，利用GOCI数据，开展了潮汐作用下杭州湾悬浮泥沙时空动态变化的研究：1）利用准同步的MODIS数据，实现了MODIS气溶胶数据辅助下的GOCI影像的大气校正，GOCI第五至第八波段大气校正效果较好，平均相对误差分别为7.35%、6.05%、6.04%和6.14%；2）在充分分析杭州湾实测悬浮泥沙浓度和水体遥感反射率数据的基础上，构建了具有较高精度的杭州湾GOCI影像悬浮泥沙反演模型，结果显示，以GOCI第8、第6波段比值为遥感因子的悬浮泥沙反演指数模型表现最优，模型平均相对误差为17.17%；3）结合GOCI影像大气校正结果和建立的杭州湾悬浮泥沙反演指数模型，获得了不同潮汐状态下杭州湾及其临近水体GOCI影像悬浮泥沙浓度的分布状况，GOCI影像SSC（悬浮泥沙浓度）产品的平均相对误差为27.76%，结果显示杭州湾在一天内不同时段SSC分布情况变异显著，杭州湾整体的SSC与流速关系密切；4）分别计算了每个像元SSC反演结果随时间变化的标准差和变异系数，分析发现杭州湾庵东浅滩大部分水域SSC绝对变异幅度较大，湾口近外海段水域SSC相对变异幅度较大，而北岸深槽小部分地区SSC绝对和相对变异幅度都较大；5）结合准同步的HJ CCD影像，对GOCI SSC产品真实性检验中的尺度效应进行了分析，发现当GOCI像元所对应的变异系数大于0.1时，尺度效应较为明显。本项目利用GOCI数据，实现了河口悬浮泥沙短时间尺度的高精度时空动态监测，可为高动态复杂水体的水环境研究提供很好的借鉴意义。