基于生物光学模型和高光谱遥感的悬浮泥沙浓度反演方法研究－以鄱阳湖光学深水区为例

研究基于遥感技术的悬浮泥沙浓度反演模型，获得其时空分布和动态变化信息对于理解、管理和保护湖泊生态系统是必要的。当前大部分模型是基于多光谱影像的经验/半经验模型，存在局限性，基于生物光学模型和高光谱影像的泥沙浓度反演方法具有很大潜力。以鄱阳湖光学深水区为例，本项目旨在:(1)量测和分析水体光谱信息、悬浮泥沙浓度和粒度及光谱吸收和散射系数，研究水体固有光学特性，为生物光学模型的建立奠定基础；(2)以水体光辐射传输理论为基础，基于遥感反射率与悬浮泥沙浓度、光谱吸收和散射系数之间的关系，建立泥沙浓度的生物光学反演模型，为基于高光谱影像的泥沙浓度反演提供理论基础；(3)结合生物光学模型和资源与减灾小卫星高光谱影像进行泥沙浓度反演并对结果进行精度评价。类似研究在国内外处于起步阶段，具有很强的理论探索性；稳定的泥沙浓度反演模型的建立是实现"维护鄱阳湖一湖清水"这一目标的重要组成之一，具有很大的应用潜力。

湖泊问题是世界问题，受到广泛关注。湖泊为人类提供多种物质资源，在审美、旅游、娱乐和生物多样性保护等方面也扮演着重要的角色。近些年来，随着全球气候变化和人类活动的加剧，湖泊已成为区域自然环境变化和人与自然相互作用最为敏感、影响最为深刻的地理单元。世界上很多湖泊面临一系列问题，已严重影响湖泊功能的可持续利用；我国大多数湖泊也正经历着剧烈变化，面积萎缩、富营养化或趋于富营养化、水质恶化、功能退化，对湖泊生态系统、社会经济发展和我们的健康安全产生了巨大影响，已引起从中央到地方的高度重视。湖泊研究是当前国际研究热点之一，水质时空变化及其驱动力（自然和人为因素）分析是其中一个重要研究方向。悬浮泥沙浓度是描述水质的重要参数之一，研究基于遥感技术的悬浮泥沙浓度反演模型，获得其时空分布和动态变化信息对于理解、管理和保护湖泊生态系统是必要的。以鄱阳湖光学深水区为例，本项目旨在:(1)量测和分析水体光谱信息、悬浮泥沙浓度和粒度及光谱吸收和散射系数，研究水体固有光学特性，为生物光学模型的建立奠定基础；(2)以水体光辐射传输理论为基础，基于遥感反射率与悬浮泥沙浓度、光谱吸收和散射系数之间的关系，建立泥沙浓度的生物光学反演模型，为基于高光谱影像的泥沙浓度反演提供理论基础；(3)结合生物光学模型和资源与减灾小卫星高光谱影像进行泥沙浓度反演并对结果进行精度评价。研究主要成果包括：(1)进行了较为系统的水体光谱、固有光学特性和水质参数浓度的量测；(2)首次较为详细和深入地研究了水体固有光学特性；(3)基于实测高光谱数据建立了水质参数反演（半）经验模型；(4)基于实测高光谱数据建立了悬浮泥沙浓度反演生物光学模型；(5)基于MODIS影像建立了总悬浮颗粒物（主要为悬浮泥沙）浓度（半）经验反演模型；(6)基于MODIS影像反演总悬浮颗粒物浓度时空分布信息，并分析其驱动力；(7)基于Landsat和MODIS影像进行了采砂对鄱阳湖水质的影响研究；(8)培养硕博士研究生6名(3名毕业)；(9)发表(包括接受)相关研究论文4篇，其中SCI检索论文3篇，另有4篇论文在审。本研究对水质参数遥感反演的理论、技术和方法具有一定的验证和补充作用，同时鄱阳湖总悬浮颗粒物浓度反演模型的建立及反演结果对鄱阳湖生态系统的理解、管理和保护决策具有一定的支持作用。