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ASD | ASD FieldSpec 4光譜儀在珠江河口懸浮沉積物濃度反演上的應(yīng)用

來源:北京理加聯(lián)合科技有限公司   2022年10月18日 14:52  

監(jiān)測和量化河口(如珠江河口(PRE))懸浮沉積物濃度(SSC)可為環(huán)境過程、水文建設(shè)和航行提供重要信息。傳統(tǒng)上基于原位測量進行SSC制圖缺乏詳細(xì)分析時所需的空間覆蓋范圍。而以往的許多研究表明,基于衛(wèi)星圖像可以在適當(dāng)尺度上有效監(jiān)測大型河口區(qū)域SSC格局及變化。然而,單個傳感器獲得的衛(wèi)星圖像通常無法保證用于大空間尺度或長期研究,利用多源衛(wèi)星圖像進行SSC反演在學(xué)術(shù)界越來越受歡迎。而就反演方法而言,目前仍廣泛使用基于線性回歸和多因素統(tǒng)計的經(jīng)驗分析方法,而主成分分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也是提高精度的有效替代方法。而在小型水體中低SSC預(yù)測仍是一個挑戰(zhàn)。

基于此,在本研究中,一組研究團隊以珠江河口為研究區(qū)域,基于原位光譜數(shù)據(jù)(ASD FieldSpec 4光譜儀)和SSC測量,輔助以環(huán)境信息,例如經(jīng)度、維度、風(fēng)速和其它大氣環(huán)境因子,并基于Landsat TM/OLI和Sentinel-2圖像開發(fā)模型以量化SSC。通過均方根誤差(RMSE)和相對誤差(RE)評估模型的性能。最后通過所開發(fā)的模型進行珠江河口1986-2020年SSC分布制圖。本研究主要目標(biāo)為:(1)調(diào)查PRE SSC分布的空間格局;(2)探索過去25年SSC的時空變化;(3)分析SSC變化的影響因素及其與人類活動的關(guān)系。

【結(jié)果】

 

ASD | ASD FieldSpec 4光譜儀在珠江河口懸浮沉積物濃度反演上的應(yīng)用

2020年7月22日和12月20日原位收集的光譜反射率曲線。

ASD | ASD FieldSpec 4光譜儀在珠江河口懸浮沉積物濃度反演上的應(yīng)用

 

從Landsat-8 OLI提取的SSC多年平均值的空間分布。

(A-H)是根據(jù)SSC分布選擇的八個主要監(jiān)測地點。

ASD | ASD FieldSpec 4光譜儀在珠江河口懸浮沉積物濃度反演上的應(yīng)用

 

基于Landsat TM/OLI和Sentinel圖像,

1986-2020年期間SSC的長期變化(左);

基于M-K檢驗,長期SSC變化的Z統(tǒng)計分布(右)。

ASD | ASD FieldSpec 4光譜儀在珠江河口懸浮沉積物濃度反演上的應(yīng)用

站點A、B、G和H的SSC時間變化趨勢。

【結(jié)論】

珠江河口懸浮沉積物濃度(SSC)在時空分布上表現(xiàn)出典型的周期性變化。其空間分布呈現(xiàn)西海岸高,東海岸低的趨勢。過去的35年,在大多數(shù)珠江河口地區(qū),SSC具有明顯下降趨勢,下降程度因地區(qū)而異,有待進一步調(diào)查研究。在河口管理、海岸保護以及河口沉積物可持續(xù)性的經(jīng)濟和環(huán)境意義方面,應(yīng)更加關(guān)注SSC下降的情況。珠江流域輸沙量減少是SSC變化的主要原因。然而,自然因素如風(fēng)速是調(diào)節(jié)珠江河口SSC空間格局的可能原因。人類活動,如疏浚和人工設(shè)施建設(shè)會擾亂SSC空間分布。未來,在SSC顯著下降的地區(qū),例如淇澳島和內(nèi)伶仃島之間的地區(qū)以及西海岸的高SSC分布地區(qū),應(yīng)加強沉積物可持續(xù)管理。

 

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