一种利用固有光学参数反演水体透明度的方法技术

本发明专利技术属于水色遥感技术领域，涉及一种利用固有光学参数反演水体透明度的方法。一种利用固有光学参数反演水体透明度的方法，包括以下步骤：（1）实测透明度数据、遥感反射率数据的读入；（2）通过遥感反射率计算吸收和散射系数；（3）构建一个利用固有光学参数反演水体透明度的算法；（4）以实测透明度作为真值，计算反演值与实测值的偏差，评估算法的精度。本发明专利技术的利用固有光学参数反演水体透明度的方法，与现有技术相比，其优点在于：能够根据遥感反射率估算出水体的固有光学参数，进而反演水体透明度，解决了二类水体水色要素反演算法时空限制问题，具有普遍适用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水色遥感
，涉及一种利用固有光学参数反演水体透明度的方法。
技术介绍
目前，利用遥感技术反演水体透明度的方法主要有经验方法和半分析算法。经验方法是通过建立遥感数据与实时或准实时的地面实测透明度之间的统计回归模型。常用的方法有单波段算法、波段比值算法、多波段算法及光谱微分法等。该方法的优点是简单易用，估算精度较高，但二类水体的光学特性复杂多变，具有很强的区域性和季节性特点。因此，经验算法易受区域和时间的限制，没有普适性。而半分析方法以光在水下的辐射传输理论为基础，通过遥感反射率推算水体组分的吸收系数和散射系数，构建实测透明度数据和水体固有光学参数的关系，以估算水体透明度，该方法具有较好的物理解释和适用性。透明度是描述水体光学性质的基本参数之一，也是水质调查中的一个重要指标，反映了水体的透光能力。在军事上，透明度是确定潜艇潜没深度和布设水雷的重要参数。在海洋水质监测中，它是一种直观的指示参数，可以评估水体的富营养化程度。水体透明度的变化会严重影响沉水植被的生长以及依靠可见光捕食的鱼类和水鸟等水生动物的生存。此外，水体透明度可估算叶绿素a浓度甚至是初级生产力。因此，水体透明度的研究对水环境变化、水生生态系统以及初级生产力的深入研究具有重要意义。尽管传统透明度测量方法操作简单，但要实现监测大面积水体透明度的时空变化，显然是不现实的。遥感技术具有快速、大面积、动态覆盖等优势，能弥补传统测法耗时长且费用高的缺陷，尤其是能监测人员较难到达的区域，因而逐渐成为监测水体透明度的重要且有效的手段之一。然而，经验算法精度虽高，但是受时间和空间的限制，没有普适性。因此，如何得到普遍使用的透明度反演算法成为现有技术所要解决的问题。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，得到普遍适用的透明度反演算法，本专利技术提供一种利用固有光学参数反演水体透明度的方法。本专利技术解决其技术问题采用的技术手段是：一种利用固有光学参数反演水体透明度的方法，该方法能够适用于内陆和近岸等二类水体。采用半分析算法由遥感反射率反演水体的吸收和散射系数，然后将其带入Doron等的透明度公式，反演水体透明度，并与实测透明度做对比，评估该算法的精度。本专利技术的一种利用固有光学参数反演水体透明度的方法，包括以下步骤：(1)实测透明度数据、遥感反射率数据的读入；(2)通过遥感反射率计算吸收和散射系数；(3)构建一个利用固有光学参数反演水体透明度的算法；(4)以实测透明度作为真值，计算反演值与实测值的偏差，评估算法的精度。步骤(3)所述的算法公式为：式中，SDD为透明度，C0表示透明度盘与背景水体的固有对比度，Cmin表示能被人眼识别的最小表观对比度，Kd(v)为可见光的垂直衰减系数，c(v)是可见光的光束衰减系数。是一个变化范围在5-10之间的常数，它受透明度盘和背景水体的反射率以及Cmin的影响。其中，Kd(v)和c(v)由步骤(2)计算得出。本专利技术的利用固有光学参数反演水体透明度的方法，与现有技术相比，其优点在于：能够根据遥感反射率估算出水体的固有光学参数，进而反演水体透明度，解决了二类水体水色要素反演算法时空限制问题，具有普遍适用性。附图说明图1是采用本专利技术的方法得到的透明度与实测值的误差示意图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术的利用固有光学参数反演水体透明度的方法作进一步详述。一种利用固有光学参数反演水体透明度的方法，具体实施步骤如下：(1)实测透明度数据、遥感反射率数据的读入读入2009年5月和6月在黄东海采集的共62个站位的透明度数据以及同期的MODIS-Aqua三级遥感反射率数据。(2)通过遥感反射率计算吸收和散射系数Doron等研究表明，Kd(v)+c(v)与Kd(490)+c(490)高度相关，可用二次多项式来拟合二者的关系，模型的决定系数高达0.99，见下式：Kd(v)+c(v)＝0.0989x2+0.8879x-0.0467 (1)式中，x表示Kd(490)+c(490)。Kd(490)是490nm处水体总的吸收系数a(490)和后向散射系数bb(490)的函数，可由下式表示：Kd(490)＝a(490)+3.47×bb(490) (2)c(490)是490nm波段水体的总吸收系数a(490)、颗粒物后向散射系数bbp(490)和纯水的散射系数的函数bw(490)，可由下式表示：c(490)＝a(490)+bbp(490)/0.02+bw(490) (3)式(3)和(4)中的a(490)、bb(490)和bbp(490)可由QAA算法求出，bw(490)为0.0031m-1。由以上分析可知，只要由QAA算法(quasi-analytical algorothm，QAA)求出a(490)、bb(490)和bbp(490)，便可计算水体透明度SDD。目前，QAA算法已发展到第五版，参考波长可选用550nm、555nm或560nm，本文选用555nm作为参考波长，QAA算法计算流程如表1所示，计算得到的透明度与实测值的对比如图1所示。表1 555nm作为参考波长的QAA算法步骤注：aw(555)＝0.0596。(3)构建一个利用固有光学参数反演水体透明度的算法光在均匀介质中传播时，垂直方向上的透明度可以表达为： S D D = l n ( C 0 C m i n ) K d ( v ) + c ( v ) - - - ( 4 ) ]]>式中，SDD为透明度，C0表示透明度盘与背景水体的固有对比度，Cmin表示能被人眼识别的最小表观对比度，Kd(v)为可见光的垂直衰减系数，c(v)是可见光的光束衰减系数。是一个变化范围在5-10之间的常数，它受透明度盘和背景水体的反射率以及Cmin的影响。Morel等通过对1900-1991年间的108323个观测数据分析发现，的最佳取值为5.5，本文亦取该值参与透明度的计算。根据步骤(2)中计算出的Kd(v)和c(v)，结合公式(4)即可计算出水体透明度。(4)以实测透明度作为真值，计算反演值与实测值的偏差，评估算法的精度。由图1可以看出，根据步骤(3)计算出的透明度反演值，其与62个实测站位透明度的平均相对误差为78本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用固有光学参数反演水体透明度的方法，包括以下步骤：(1)实测透明度数据、遥感反射率数据的读入；(2)通过遥感反射率计算吸收和散射系数；(3)构建一个利用固有光学参数反演水体透明度的算法；(4)以实测透明度作为真值，计算反演值与实测值的偏差，评估算法的精度。

【技术特征摘要】
1.一种利用固有光学参数反演水体透明度的方法，包括以下步骤：(1)实测透明度数据、遥感反射率数据的读入；(2)通过遥感反射率计算吸收和散射系数；(3)构建一个利用固有光学参数反演水体透明度的算法；(4)以实测透明度作为真值，计算反演值与实测值的偏差，评估算法的精度。2.根据权利要求1所述的利用固有光学参数反演水体透明度的方法，其特征在于：步骤(3)所述的算法公式为： S D D = l n ( C 0 C m i ...

【专利技术属性】
技术研发人员：禹定峰，周燕，刘恩晓，解维浩，盖颖颖，李恒，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37