浮游植物类群遥感算法PHYSAT在台湾海峡的适用性研究

浮游植物类群遥感是海色遥感的热点问题,关乎全球变化生态响应研究及有害藻华的辨识.针对目前广泛应用的浮游植物类群遥感全球算法PHYSAT,应用台湾海峡夏季表层浮游植物光合色素与SeaWiFS同步卫星遥感数据,探讨其区域适用性.结果显示两种主要类群(硅藻(Diatom)和聚球藻(Synechococcus))的遥感光谱异常(Ra)分布交错,且同一类群的Ra在不同航次、不同站位之间也存在差异,用PHYSAT算法阈值标准均不能得到有效识别.在建立归一化离水辐射率nLwref(λ,Chla)台湾海峡区域查找表的基础上,重新生成硅藻和聚球藻的Ra,不同类群的Ra依旧混杂.这可能与建立PHYSAT算法的标准海域和台湾海峡水体光学组分差异及台湾海峡的水体光学组分时空差异,尤其是颗粒后向散射系数bbp的变动有关.采用K-means和FCM(Fuzzy c-means)方法对443nm归一化的Ra进行聚类,准确率超过70%.该结果说明在类似台湾海峡的区域水体,浮游植物类群的遥感分辨可能需要更多考虑光谱谱形上的差异,而非如PHYSAT算法进行量值范围区分.     

基于SVM的莱州湾叶绿素浓度遥感反演

叶绿素浓度是浮游植物分布的指示剂，是衡量水体初级生产力和富营养化的基本指标。准确探测海水叶绿素浓度并分析其时空分布变化特征，对海洋生态研究海洋生物资源评价、海洋环境监测、海洋渔业管理等方面都具有重要意义。利用在莱州湾2007年6月至2007年8月测量的32组二类水体叶绿素浓度和同步实测辐射光谱资料，建立了莱州湾叶绿素浓度的荧光算法和SVM（Support Vector Machine）反演模式，并用9月份的8组数据作为验证，结果表明SVM反演模式在莱州湾具有很好的应用前景，为该区域水质参数遥感监测提供参考。     

海洋内波遥感探测中的数学问题

海洋内波是重要的海洋动力过程,在海洋中普遍存在,对海洋内波的遥感探测具有重要的研究意义和应用需求.内波的遥感探测涉及内波传播模型的建立与求解、内波遥感图像处理与特征提取、基于遥感图像的内波参数提取与反演,最终建立内波传播的预测与预警模型,上述都需要数学方法的支持.基于内波遥感研究的迫切需求,论述其在各环节上亟待解决的数...     

化学分类法在淡水超微型浮游植物多样性研究中的应用

超微型浮游植物是指粒径在0.2-5μm的浮游植物,它包括全部的微微型浮游植物和粒径在2-5μm的微型浮游植物。基于色素分析的化学分类法操作简便、自动化程度高、可进行大规模和高通量样品分析;利用高效液相色谱(HPLC)能够很好地对色素进行分析,对藻类的种类和粒径没有限制。本文在讨论淡水超微型浮游植物重要生态功能及其研究现状的基础上,综合分析和比较了几种淡水超微型浮游植物研究方法的优、缺点,结合典型案例分析,重点阐述了化学分类法在淡水超微型浮游植物分类分析中的应用特点,并对配套的算法进行了深入地讨论和分析,在此基础上讨论了HPLC-CHEMTAX的优势、难点及未来的工作方向。     

海洋水体颗粒有机碳遥感反演研究进展

海水颗粒有机碳(POC)对海洋碳循环以及调节CO_2影响下的全球气候变化具有重要意义.遥感技术是获取海水POC信息的重要方法,POC遥感监测与空间模式已成为海洋领域的热点科学问题.本文全面总结了国内外海洋颗粒有机碳遥感反演算法,包括一类和二类水体的表层和垂向POC浓度遥感反演,以及POC遥感获取方式分类、比较与分析.同时,本文对海洋颗粒有机碳遥感反演进行了展望,提出结合POC表层和垂向分布,建立近岸海域水体POC三维遥感模式.     

浮游植物营养盐限制的研究进展

营养盐限制浮游植物的生长是近年来国际研究的热点,本文介绍了目前营养盐限制的判定方法,从营养盐的绝对含量和相对含量即摩尔比两个方面综合判断不同海区水体中限制浮游植物生长繁殖的营养条件。并对近年来我国海洋科研工作者在不同海域开展的有关浮游植物营养盐限制因素的研究做了总结。     

基于迁移学习的GOCI超分辨率重建与海洋漂浮藻类探测

遥感技术是进行海洋漂浮藻类目标识别与变化监测的重要手段。GOCI遥感卫星影像具有高时间分辨率、低空间分辨率的特点,其低空间分辨率影响了海洋漂浮藻类遥感探测的效果。本研究通过对具有较高空间分辨率的Sentinel-2遥感卫星影像结构特征的迁移学习,应用ESRGAN超分辨率重建技术,将GOCI影像的空间分辨率提升至125 m;在此基础上,构建了基于超分辨率重建GOCI遥感影像的U-Net深度学习语义分割网络,实现了海洋漂浮藻类的较高精度探测。实验结果表明：超分辨率重建的GOCI影像显著提升了影像的空间细节清晰度,基于此实现的海洋漂浮藻类探测结果取得了较高的精度,其中面积相对误差下降了51.87%,F₁值提高了2.41%。本研究是应用GOCI遥感影像进行海洋漂浮藻类高精度探测的一次成功实践,为实现海洋目标的动态精细化监测提供有益的参考。     

海洋内波的红外成像探测研究进展

海洋内波对海表温度的调制机理研究最早始于20世纪60年代,之后随着遥感技术的进步和红外传感器精度的提高,海洋内波的红外遥感实验也大大增多。本文主要从理论研究和实验观测两方面介绍了国内外学者关于海洋内波的红外遥感探测机理研究的主要工作。     

芜湖河道浮游植物功能群分布及其与环境因子的关系

为研究城市河道浮游植物功能群组成及分布特征、环境因子对功能群的影响,鉴定芜湖三条城市河道中浮游植物种类并划分了功能群,分析浮游植物功能群分布特征,利用冗余分析研究环境因子与功能群间的关系。结果表明,研究区共鉴定出浮游植物47种,隶属6门32属,以硅藻、绿藻为主。研究区浮游植物可划分出C、P、MP、W2、E、X1、W1、X2等8种代表性功能群,三条河道代表性功能群分布呈现明显差异,中央城河道、汇成河道、中山南路河道主要代表性功能群分别是C+P+MP+E、C+X1、W1+E+X1+C,适应一定富营养化、有机质充足水体环境的功能群出现在各河道,表征了芜湖三条河道呈现不同程度的富营养化。溶解氧、总磷、总氮、氨氮是影响浮游植物功能群分布的主要环境因子。研究表明,芜湖各河道主要代表性功能群与氮、磷呈正相关,控制氮、磷外源输入并降低水体氮、磷含量对控制河道富营养化具有关键作用。     

耀光水体、非耀光水体和云层的多光谱遥感识别模型

太阳耀光水体和水云的光谱相似性导致绝大部分多光谱遥感图像云检测算法的太阳耀光信号误识别.选取对耀光水体、非耀光水体、水云、冰云光谱信息差异性和敏感性最大的红光波段及中红外波段,结合上述4类分类对象的遥感统计数据,从黑体辐射理论和云粒子微观物理性质出发,分析二维特征空间中不同类型水体和云层的辐射分布差异,提出利用多光谱遥感数据AVHRR识别不同类型水体和云层的红光-中红外光谱普适性分类模型.该分类模型对于多光谱遥感数据具有广泛适用性,可作为发展多光谱识别分类自动化算法的基础.     

Spectral absorption coefficient of phytoplankton and its relation to chlorophyll a and remote sensing reflectance in coastal waters of southern China

The spectral absorption coefficient of phytoplankton in coastal waters of southern China is investigated. Large variations in the absorption coefficient of phytoplankton are found. The absorption coefficient of phytoplankton at 443 nm ranged from 0. 006 m- 1 to 0. 484 m - 1, with an average value of 0. 067 m - 1. The chlorophyll-specific absorption coefficient of phytoplankton is also a bio-optical varito pigment composition of phytoplankton and package effect. The chlorophyll-specific absorption coefficient of phytoplankton decreases with the increasing of chlorophyll a concentration. This relationship can be described by a power law function, with the parameters and the coefficient of determination r2 as functions of wavelength, but the parameters describing the relationships in present study differed from that in Case 1 waters, thus the regional adjustment of model parameters was of particular significance for improving the accuracy of bio-optical algorithms for estimation of Chl-a concentration and primary production from remotely sensed data. Regression analysis of reflectance (R rs) ratio and absorption coefficient of phytoplankton (a ph) indicates a close correlation between them, which means that it is possible to retrieve absorption coefficient of phytoplankton using ocean color remote sensing data in optically complex coastal waters.     

基于Landsat-8 OLI与Sentinel-2 MSI传感器的香港近海海域叶绿素a浓度遥感反演

为验证Landsat-8 OLI遥感数据与Sentinel-2 MSI遥感数据监测近海海域叶绿素a浓度可行性,以其为数据源,香港近海海域为研究区域,以半分析模型为方法,挑选与监测点实测叶绿素a浓度采集时间一致且遥感影像云覆盖率小于10% 影像清晰的两类遥感影像。对两类遥感影像分别选取2/3的遥感影像数据经预处理后提取其对应实测日期监测点位置遥感反射率进行相关性分析,得到相关性最高的反演因子进行建模,并且利用剩下的1/3数据对其反演回复回归模型进行精度检验,其结果与OCx模型反演结果进行对比效果显著。基于Landsat-8遥感数据建立的最佳反演回归模型为Y=6.8x2-20.77x+17.02,R2=0.906略高于基于Sentinel-2遥感数据建立的最佳反演回归模型Y=-3.345e+05x2+3826x-3.44,R2=0.801,证明了就香港近海海域叶绿素a浓度反演两类遥感数据的可行性,且两类数据的反演结果均呈现出香港近海海域内部海域叶绿素a浓度高于外部叶绿素a浓度的现象。     

Massive emissions of toxic gas in the Atlantic

Recurrent eruptions of toxic hydrogen sulphide gas in the waters along the Namibian coast off southwestern Africa have been considered to be local features with only limited ecosystem-scale consequences. But satellite remote sensing has revealed that these naturally occurring events are much more extensive and longer-lasting than previously suspected, and that the resultant hypoxia may last for much longer. The effects on the marine ecology and valuable coastal fisheries of this region are likely to be important.     

海面溢油及浒苔遥感监测研究进展

海面溢油和浒苔灾害已经成为当今主要的海洋生态环境问题,而基于卫星遥感影像提取海面溢油和浒苔信息是监测其动态变化的一种有效手段,因此本文对国内外海面溢油及浒苔遥感监测技术进行归纳整理。光学遥感数据多波段比值法是最常用的海面溢油监测方法。另外,合成孔径雷达(SAR)不受雨云影响,在灾害监测中发挥着越来越重要的作用,而利用灰度值或后向散射系数变化来判断溢油或浒苔是SAR常用的方法。从现有的研究可以看出:遥感监测海上溢油及浒苔范围发展最为成熟,已经业务化运行;然而,遥感监测溢油量、溢油类型及浒苔生物量仍然处于试验阶段。遥感海洋灾害的监测要由定性走向定量,真正实现实时、连续、快速、准确,仍需要多种平台和多源遥感数据相结合,调整传感器的空间分辨率,开发小型、新型传感器。     

海洋遥感数据一体化管理方法

将WebGIS、空间数据存取、网络传输等技术引入海洋光学遥感数据一体化管理中,设计了面向海洋遥感数据的速报地理信息系统(GIS).系统集成了数据自动批量入库、数据批量自动远程分发、空间数据可视化实时发布等功能模块,具备海洋遥感数一体化管理功能和数据网络实时发布功能.同时,研究了海洋遥感数据存取方法,探讨了将数据加密验证与Java Socket网络通信技术相结合的数据高效安全传输实现方法,分析了双效数据库连接池机制,并提出了结合动态数据文件生成与可视化缓冲技术的海洋遥感数据高效可视化策略.系统运行实例结果表明：该系统能够支持分布式异构数据库,支持多用户的并发操作,具有较高的安全性和与客户端平台无关等优点.     

基于HJ CCD的杭州湾海域水质评价

【目的】筛选适用于杭州湾海域卫星遥感反演算法的水质参数,探明基于HJ CCD的研究区遥感水质评价方法。【方法】利用有色可溶性有机物(CDOM)、透明度(SD)、叶绿素a(Chl a)及总磷(TP)的遥感定量反演结果,分析最差因子判别法、均值法、内梅罗指数法及模糊综合评价法的优劣。【结果】与其它3种评价方法相比,模糊综合评价法突出了HJ CCD高空间分辨率特性,较为完整地评价出杭州湾海域水质类别,与海洋环境状况公报中的评价结果具有较好的一致性。【结论】选用恰当的水质评价方法,高分辨率的环境卫星可以用于我国近岸海域水质日常评价分析。     

二类水体悬浮泥沙遥感反演算法综述

鉴于二类水体本身光学性质的复杂性及其与人类生产活动的密切关系,利用遥感数据监测二类水体水质受到了国内外学者的普遍关注,成为海洋学领域的热点问题。悬浮泥沙含量是表征水质优劣的一个重要参数,众多研究致力于建立悬浮泥沙反演模型的研究,定量反演二类水体悬浮泥沙浓度。该文总结了近年来二类水体悬浮泥沙遥感反演算法的研究进展。悬浮泥沙定量反演模型大致可分为以下三类：1）利用水体光学特性和水体组分之间关系建立的经验模型;2）综合经验模型和物理模型构建的半分析模型;3）基于辐射传输模型和生物光学模型建立的物理模型。针对目前反演算法存在的主要问题,提出未来的研究需加强反射率光谱曲线研究、开发高光谱遥感数据以及综合多源数据信息等方面的内容。     

基于卷积神经网络的卫星遥感图像拼接

针对传统算法不适用于外观发生较大变化的图像拼接问题, 提出一种基于卷积神经网络的遥感图像拼接方法, 通过深度学习使模型实现对遥感图像的配准和拼接. 通过两次实验将该算法与传统算法进行对比. 首先, 以欧氏距离作为评价指标, 分别通过两种算法在不同图像数据集上进行统计, 对它们的图像配准能力进行评估. 其次, 在真实的遥感图像拼接应用场景下对比两种算法实现的遥感图像拼接效果. 实验结果表明, 卷积神经网络模型对外观发生较大形变的图像具有更好的配准能力, 因此对于外观产生较大变化的遥感图像, 可采用该算法代替传统算法实现图像拼接, 得到更精确的全景图像.     

广东飞来峡库区水深遥感

 通过深入分析太阳光在水体中传输的物理过程,引入水体光学厚度概念,根据辐射传输理论,推导出水深遥感物理模型。以广东省飞来峡水库为例,采用SPOT5多光谱遥感数据,对其进行精确的辐射纠正、大气纠正,转化为符合地表实际反射率的反射率图像。经过水陆分离,选用合适的遥感波段数据,代入有关水体光学参数,应用水深遥感模型,计算出水域各像元水深值,通过图像处理软件绘制水深遥感制图。由于水面采砂、网箱养殖等人类活动的影响,水库采砂区水域水体浑浊以及库湾水域叶绿素浓度偏大,影响水深遥感精度,本文的模型综合考虑了水中泥沙和叶绿素对水深遥感的影响,并采用多波段数据求解水深,信息量丰富,精度得到大幅度提高。