面向水质参数反演的太湖水体单位固有光学量先验知识研究

单位固有光学量是水质参数遥感反演解析模型中必不可少的关键参数。然而利用卫星影像反演水质参数时，往往无法获得同步的研究区单位固有光学量水面实测数据。解决这一难题的办法就是分析研究区单位固有光学量时空变化规律及内在机理，为水质参数反演提供先验知识。本项目以太湖为研究区，以建立具有时空代表性的太湖水体单位固有光学量先验知识为目标，研究内容包括：（1）基于实验数据初步探索太湖水体每种单位固有光学量时空变化内在形成机理，初步构建以时间和空间为索引太湖水体单位固有光学量先验知识；（2）基于模拟数据定量分析单位固有光学量随时空变化对水质参数反演误差的敏感性，修正太湖水体单位固有光学量先验知识。本项目构建的单位固有光学量先验知识可以用于完善太湖水质参数反演解析模型，从而提高水质参数反演的精度；而且本项目用于构建太湖水体单位固有光学量先验知识的方法具有通用性，还可以用于构建其他水体单位固有光学量先验知识。

水色遥感由一开始的经验、半经验模型，逐步向半解析、解析的机理性模型发展。基于水体辐射传输机理的解析模型是水色遥感发展的需求和必然结果。单位固有光学量是把固有光学量转换解算到水体组分浓度的关键参数，是解析模型的“解析”的前提和基础。但是，到目前为止还没有一致公认的太湖水体单位固有光学量先验知识。我们针对该问题，取得了一些成果，具体包括以下三方面内容：.（1）固有光学量数据与水质参数是构建单位固有光学量先验知识的基础。整理并设计实验获取2006-2013年覆盖全湖的约400个站点的水体固有光学量实测数据（非藻类颗粒物吸收系数，藻类颗粒物吸收系数，CDOM吸收系数，总颗粒物吸收系数，总颗粒物散射系数，光束衰减系数）、水面光谱数据、水质参数及配套数据。完成了这些数据的平滑、剔除异常值、归一化处理等。.（2）从非藻类颗粒物吸收系数光谱，浮游植物吸收系数光谱，CDOM吸收系数光谱，总颗粒物体散射函数光谱及后向散射系数光谱四个方面出发，归纳了国内外湖泊水体固有光学量光谱数据拟合方法，同时对比了以往文献中的拟合得到的参量。选取了不同单位固有光学量光谱对应的最佳拟合模型，以实测的300多个站点的数据为输入，实现了单位固有光学量的参量拟合，构建一整套针对太湖水体的SIOP数据库。.（3）通过分析太湖水体的IOP与SIOP数据，研究发现太湖水体光学特性复杂，如果用一套SIOP先验知识很难完全覆盖全部的太湖水体，需要对太湖水体进行分类。本研究从水体反射率出发对水体进行分类，可以基于图像自身进行反演，不需要额外的数据作支撑，更利于业务化操作。采用非监督分类方法对不同类型的水体进行分类，并进而分析各类别的代表性。