浑浊水体悬浮泥沙粒度谱遥感反演机理研究

浑浊水体中悬浮泥沙粒度的研究对于阐明水体生化过程、泥沙沉积动力学过程具有重要意义。遥感是有效获取大尺度水域泥沙粒度数据的方法之一。水色遥感定量解译的瓶颈是缺乏丰富的水色组分光学特性的先验知识。根据长江口、鄱阳湖水域多航次的野外调查和室内实验，分析浑浊水体悬浮泥沙粒度谱的变化规律、水色组分时空变化及光学特征，探讨悬浮泥沙粒度和非均质非球体颗粒的光学效应、垂向组分变化的动力机制，建立悬浮泥沙粒度谱参数模型、集成粒度和浓度的悬浮泥沙吸收散射光谱参数模型、垂向组分变化动力模型；建立耦合水色组分垂向变化模式的光辐射传输模型，利用非线性数值方法，构建悬浮泥沙粒度谱的参数查找表，实现集成水色多参数的悬浮泥沙粒度谱遥感反演模型。本项目旨在揭示浑浊水体悬浮泥沙不同粒度谱的光吸收散射机理，为解决水色定量遥感中光谱参数模型不稳定的难题和建立水色遥感业务化反演方法奠定理论基础。

浑浊水体水色参数解译的难点是缺乏丰富的水色组分光学特性的先验知识，水中颗粒物的粒度是影响水体光学性质的重要因素之一。本研究通过在长江口、鄱阳湖野外现场观测和室内实验获取大量水体光学数据及水色参数数据，对泥沙光学性质进行了深入探讨。首先，我们从不同模式下的均值、中值、众数粒径等方面研究了典型浑浊水悬浮泥沙粒度时空分布特征，构建了数量百分比粒度谱分布模式；其次，分析了实测的浑浊水体反射光谱特征，根据反射光谱峰谷形态变化特征，提出相邻或相间波段的反射光谱斜率算法进行水体光学分类，水体分类结果有助于分析各类水体的光学敏感因子，对提高水体参数反演精度有着重要意义；从不同侧面分析了典型浑浊水体的吸收、散射特性，建立了悬浮泥沙吸收和散射光学模型；建立了基于实测数据统计分析的浑水区、清水区粒度谱反演模型；耦合非线性优化方法Levenberg-Marquaudt和水体辐射传输模式建立水色多组分反演模型。