珠江口海域ag(440)遙感模式研究及應(yīng)用

黃妙芬，王迪峰，邢旭峰，韋濟(jì)安，劉東，趙祖龍，王偉軒，劉陽

(1.大連海洋大學(xué) 海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116023；2.國家海洋局 第二海洋研究所 國家海洋局海洋動(dòng)力過程與衛(wèi)星海洋學(xué)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012)

珠江口海域ag(440)遙感模式研究及應(yīng)用

黃妙芬1，王迪峰2，邢旭峰1，韋濟(jì)安2，劉東2，趙祖龍1，王偉軒1，劉陽1

(1.大連海洋大學(xué) 海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116023；2.國家海洋局 第二海洋研究所 國家海洋局海洋動(dòng)力過程與衛(wèi)星海洋學(xué)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012)

有色可溶性有機(jī)物質(zhì)(Coloured Dissolved Organic Matter，CDOM)直接影響著海水的光學(xué)性質(zhì)，為水體有機(jī)污染物含量遙感反演的基礎(chǔ)參數(shù)之一。在水色遙感研究領(lǐng)域，一般用440 nm波長位置的吸收系數(shù)ag(440)來表示其濃度，因而建立ag(440)遙感反演模式，對于掌握相關(guān)海域CDOM濃度的空間變化規(guī)律及進(jìn)一步提取其他水環(huán)境參數(shù)具有重要的作用。利用2013年11月和2014年2月兩個(gè)航次在珠江口海域現(xiàn)場采集的表觀光學(xué)量及固有光學(xué)量數(shù)據(jù)，建立了基于HJ-1/CCD衛(wèi)星傳感器的ag(440)遙感反演模型，并應(yīng)用于珠江口海域，得到該區(qū)域2012年1月至2014年6月晴天CDOM濃度空間動(dòng)態(tài)分布圖。研究結(jié)果表明：(1)現(xiàn)場測定的珠江口海域ag(440)在0.1～0.3 m-1，且不同斷面ag(440)呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性變化；(2)利用現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)對遙感模式估算值進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算出估算值的相對誤差為9%，表明所建立模式具有較高的準(zhǔn)確率；(3)遙感反演的CDOM空間分布數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)得到的分布特征基本吻合，整個(gè)珠江口及其鄰近海域ag(440)的數(shù)值范圍為0.07～0.31 m-1，而且珠江口西部海域ag(440)高于中部和東部海域。

珠江口海域；CDOM；ag(440)；遙感模式

1 引言

有色可溶性有機(jī)物質(zhì)(Coloured Dissolved Organic Matter，CDOM)是以溶解有機(jī)碳為主體成分且分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜的一大類物質(zhì)的統(tǒng)稱，為水色遙感可探測到光學(xué)特性的三大成分之一，也是重要的水質(zhì)參數(shù)之一。CDOM能有效地吸收紫外輻射從而保護(hù)水生生物，同時(shí)其吸收系數(shù)與溶解有機(jī)碳(DOC)濃度和海水鹽度有密切的關(guān)系，在河口及近岸海域CDOM除了來源于葉綠素的碎屑物，還包括陸源有機(jī)污染物，故其濃度可作為海水污染程度的“指示劑”。因而，研究河口及近岸海域的CDOM濃度空間分布特征具有重要的實(shí)際意義。珠江口海域是我國重要的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)區(qū)域之一，它不僅接納了毗鄰沿岸地區(qū)排放的污水，還接收通過各大小徑流攜帶入海的污染物以及大規(guī)模的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)帶來的污染物，人類活動(dòng)與自然因素的共同作用導(dǎo)致該海域水質(zhì)污染嚴(yán)重已經(jīng)是不爭的事實(shí)。因而建立珠江口海域CDOM濃度的遙感反演模式，對于掌握該海域污染物的來源及水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化，保護(hù)珠江口及毗鄰海域生態(tài)環(huán)境將起著重要的作用。

利用遙感技術(shù)提取河口及近岸海域CDOM濃度的模式研究，早期主要運(yùn)用CZCS傳感器，隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，SeaWiFS、MERIS、MODIS和GLI等傳感器也陸續(xù)得到較為廣泛的應(yīng)用[1—6]，但這些海洋水色傳感器的空間分辨率一般在300～1 000 m之間，分辨率相對較低。在河口及近海海域，由于受陸源物質(zhì)影響大，使得水質(zhì)參數(shù)的空間變化較大，因而空間分辨率較低的海洋水色傳感器就不能滿足水質(zhì)參數(shù)高分辨率動(dòng)態(tài)監(jiān)測的要求。而具有中等空間分辨率陸地遙感數(shù)據(jù)(空間分辨率10～30 m)在進(jìn)行水質(zhì)參數(shù)速報(bào)方面展現(xiàn)出了較好的優(yōu)勢，利用中等空間分辨率陸地遙感數(shù)據(jù)研究河口及鄰近水域CDOM信息提取的相關(guān)工作已經(jīng)開展，常用的陸地遙感數(shù)據(jù)有HJ-1/CCD、LANDSAT/TM/ETM+/OLI、CBERS/CCD、SPOT/HRV、IRS-P6/LISS-III/AWIF、EO-1/ALI、EOS/ASTER和BJ-1/CCD等[7—9]。HJ-1/CCD屬于國產(chǎn)衛(wèi)星，具有較高的空間分辨率和時(shí)間分辨率，從2008年8月發(fā)射后，在我國近岸水體環(huán)境參數(shù)遙感反演中已得到了廣泛的應(yīng)用[10—12]。

由于CDOM成分的復(fù)雜性，直接測量其濃度有一定困難，一般用某一特征波段λ0的吸收系數(shù)ag(λ0)來表示其濃度，關(guān)于λ0的選擇視不同研究領(lǐng)域而定。一些學(xué)者針對不同河口海域分別建立了利用遙感反射比估算CDOM的ag(λ0)遙感模式。Tiwari等，Hirtle等，Bowers等，Rochellc等和黃妙芬針對不同的河口海域分別建立了利用遙感反射比估算CDOM的ag(λ0)遙感模式[7，9—10，13—14]，其中λ0取值有412 nm、443 nm和440 nm，這些模式基本上都是采用統(tǒng)計(jì)方法建立，即通過現(xiàn)場采樣，分析CDOM濃度與模擬光譜資料的關(guān)系，然后選擇最佳波段并以此波段組合建立CDOM信息提取模式。

目前，關(guān)于渤海、黃海、東海、南海及我國幾大湖泊的ag(λ0)遙感模式已經(jīng)有眾多的研究[1—3，15—16]，對于珠江口海域的CDOM特性也有一些研究。陳楚群等針對SeaWiFS數(shù)據(jù)的波段特征[2]，利用在珠江口采集的樣本，提出了利用670 nm和412 nm波段遙感反射率反演水體溶解有機(jī)碳濃度的模式，來直接作為CDOM濃度，但沒有建立ag(λ0)遙感模式。周博天等利用香港周邊海域采集的樣本[11]，選擇490 nm、555 nm和670 nm 3個(gè)波長，應(yīng)用光譜指數(shù)法分別建立了提取ag(412)和ag(443)的模式，再根據(jù)ag(412)和ag(443)提取ag(440)，所提出的模式也主要針對香港周邊海域局部區(qū)域。王福利和郭衛(wèi)東，通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)，對珠江口CDOM光降解程度進(jìn)行了研究[17]。綜上所述，目前關(guān)于珠江口海域ag(λ0)遙感模式研究還鮮見報(bào)到。

本文利用2013年11月和2014年2月兩個(gè)航次在珠江口海域現(xiàn)場采集的表觀光學(xué)量及固有光學(xué)量數(shù)據(jù)，結(jié)合HJ-1/CCD的波段響應(yīng)函數(shù)，模擬出較高應(yīng)用精度的HJ-1/CCD衛(wèi)星反演水體CDOM濃度的遙感指數(shù)模式，所建立模式可為在更廣闊的南海海域建立固有光學(xué)參量的遙感算法提供依據(jù)。

2 研究海區(qū)和方法

2.1 研究海區(qū)

研究海區(qū)包括珠江口及鄰近海域，位于21°～22°N、113°～114°E，北從虎門開始，南到珠海大萬山島以南35海里，西到珠海高欄港，東到香港的離島區(qū)，涵蓋近岸陸源影響水體和外海較清潔水體，共布設(shè)站位29個(gè)(見圖1)。珠江口海域分為東部(站點(diǎn)編號(hào)：D11～D17)、中部(站點(diǎn)編號(hào)：D21～D27)和西部(站點(diǎn)編號(hào)：D31～D36)3個(gè)斷面，南部海域站點(diǎn)編號(hào)為(R17～R19，R27～R29，R37～R39)。

試驗(yàn)時(shí)間為2013年11月和2014年2月。2013年11月的測量航次，由于海況惡劣，圖中靠近南海海域的大部分站點(diǎn)未能測量，獲取的CDOM有效測量樣本為18個(gè)，主要集中在珠江口一帶。2014年2月的測量航次，海況比2013年11月有所好轉(zhuǎn)，所以靠近南海海域的10個(gè)站點(diǎn)得到測量，獲取的CDOM有效測量樣本為28個(gè)。兩個(gè)航次CDOM有效樣本總計(jì)46個(gè)，由于光譜測量對天氣穩(wěn)定性的要求較高，兩個(gè)航次對應(yīng)的現(xiàn)場光譜測量數(shù)據(jù)為33個(gè)。

2.2 采樣和測量方法

調(diào)查采用船只沿圖1布點(diǎn)起航采樣，然后回實(shí)驗(yàn)室測量分析的方法，即在船上采集站點(diǎn)水樣后現(xiàn)場過濾并冷凍保存，然后帶回實(shí)驗(yàn)室解凍后進(jìn)行吸收光譜測量及分析，測量按照美國國家航空航天局(NASA)的相關(guān)規(guī)程和國家海洋監(jiān)測規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行[18-19]。CDOM吸收系數(shù)分析儀器采用的是美國PerkinElmer公司生產(chǎn)的的LAMBDA35紫外線/可見光系統(tǒng)(UV/VIS Spectrometer)，波長范圍為190～1 100 nm，帶寬為0.5～4 nm。水體光譜測定采用美國ASD公司生產(chǎn)的可見近紅外地物光譜儀(ASD FieldSpec3 350～2 500 nm)，參考板為30%反射率的標(biāo)準(zhǔn)板。測量方法依據(jù)水面之上法，采用(40°，135°)相對觀測幾何，其中觀測天底角為40°，儀器觀測方位角和太陽光夾角為135°，水體光譜測定的目的在于建立利用遙感反射比反演ag(440)模式。

圖1 站點(diǎn)分布圖Fig.1 The distribution of sampling sites

2.3 數(shù)據(jù)處理

考慮到實(shí)驗(yàn)過程會(huì)遇到很多不確定的因素，這些因素使得實(shí)驗(yàn)誤差不可避免，為了能夠更好地減小誤差，關(guān)于CDOM吸收光譜的測定采用了平行樣觀測方法，即在實(shí)驗(yàn)過程中，對于每個(gè)站點(diǎn)采集兩個(gè)樣品進(jìn)行平行測量且測量兩次，然后從測量的4組數(shù)據(jù)中選擇一組作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最大程度地保證數(shù)據(jù)的測量精度。

測定時(shí)，利用孔徑為0.22 μm的聚碳酸酯濾膜過濾水樣，作為CDOM樣品。按照NASA給定的海洋光學(xué)測量規(guī)范[19]，CDOM吸收系數(shù)的計(jì)算公式為:

(1)

式中，l為比色皿的光程(通常取值0.1m)，ODs(λ)是樣品相對于參比純水的光學(xué)密度(無量綱)，ODbs(λ)是經(jīng)過樣品處理程序處理的空白純水相對于參比純水的光學(xué)密度(無量綱)；ODnull(λ)是在可見光長波段或近紅外波段溶解物質(zhì)吸收可以假定為零的波段的表觀殘余光學(xué)密度(無量綱)，即在長波段可見光或近紅外波段的殘余吸收。將每個(gè)樣本用分光光度計(jì)測量的這些數(shù)值代入根據(jù)公式(1)計(jì)算出相應(yīng)的吸收光譜。然后取出在440nm波段的光譜吸收系數(shù)，取出時(shí)采用435～445nm之間各波段吸收系數(shù)進(jìn)行算術(shù)平均作為ag(440)的方法，以提高ag(440)的取值精度。

3 分析與討論

3.1 現(xiàn)場測定CDOM吸收系數(shù)特征

圖2a～c分別為2013年11月航次測量得到的3個(gè)斷面的CDOM光譜曲線圖，代表秋季的情況。

從圖2a可以看出，D11和D12、D13和D17、D14和D16曲線基本重合，D11和D12的值最大，ag(440)值分別為0.330 m-1和0.336 m-1，其次是D13和D17，ag(440)分別為0.290 m-1和0.289 m-1，D14和D16站點(diǎn)值最小，ag(440)都為0.206 m-1。D11、D12和D13站點(diǎn)分別位于珠江口的西斷面上、中、下區(qū)域，受珠江入海河水陸源污染物的影響為主，因而CDOM濃度高，相應(yīng)ag(440)大；D17位于河流的入?？?，同樣受到陸源污染物的作用，表現(xiàn)出較高的ag(440)值。D14位于澳門南部海域，D16位于珠海高欄島南部海域，離陸地較遠(yuǎn)，受到海水的混合稀釋作用顯著，因而出現(xiàn)較低的ag(440)值。圖2b為中部斷面站點(diǎn)，一共7個(gè)站位，按D21至D27的順序，相應(yīng)的ag(440)值分別為0.281 m-1、0.317 m-1、0.297 m-1、0.254 m-1、0.193 m-1、0.275 m-1、0.224 m-1。D21、D22、D23處于上游和中游區(qū)域，受淡水影響大，數(shù)值相對高，而D24、D25、D26和D27靠近下游和靠近南海，受海水影響大，數(shù)值相對低一些。圖2c為東部斷面，D31、D32、D34、D33這4個(gè)站點(diǎn)的ag(440)值分別為0.352 m-1、0.223 m-1、0.185 m-1、0.186 m-1，呈現(xiàn)明顯的規(guī)律變化，從入?？诘纳嫌蜗蛳掠蚊黠@減小。另外從圖2a～c還可以看到，西部和東部斷面由于受近岸生活和生產(chǎn)污水排放的影響，在短波段的吸收系數(shù)都超過了0.6 m-1，而中部斷面相對來說受近岸影響小一些，所以CDOM在短波的吸收系數(shù)小于0.6 m-1。

圖2 2013年11月航次不同斷面樣本CDOM吸收光譜曲線Fig.2 CDOM absorption spectrum curve of different cross section samples in November 2013 voyage

圖3a～d分別為2014年2月航次測量得到的4個(gè)斷面的CDOM光譜曲線圖，代表了冬季情況。

圖3 2014年2月航次不同斷面樣本CDOM吸收光譜曲線Fig.3 CDOM absorption spectrum curve of different cross section sample in February 2014 voyage

圖3a為西部斷面站點(diǎn)，和2013年11月一樣，D11、D12和D13 3個(gè)站點(diǎn)的CDOM在短波的吸收系數(shù)ag值和ag(440)明顯高于其余4個(gè)站點(diǎn)，和秋季相比，冬季的D16站點(diǎn)的ag值明顯高，究其原因有待進(jìn)一步分析。圖3b為中部斷面站點(diǎn)，按D21～D27的順序，CDOM的吸收系數(shù)逐漸降低，ag(440)也呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律性變化。圖3c為東部斷面站點(diǎn)，由上游到下游CDOM的吸收系數(shù)呈現(xiàn)出逐漸減小的規(guī)律性變化。圖3d為南部海域站點(diǎn)，從圖中可以看到，CDOM在短波的吸收系數(shù)，明顯小于東、西和中部斷面，約為其他斷面的1/3，ag(440)數(shù)值基本在0.11 m-1，表明這些站點(diǎn)受陸地的影響明顯較小。另外，與2013年11月相比，2014年2月ag的數(shù)據(jù)整體要小，ag最大值基本上都在0.6 m-1以下，特別是東斷面，2013年11月ag最大值接近0.7 m-1，而2014年2月ag最大值在0.6 m-1以下。

3.2ag(440)遙感模式建立及精度驗(yàn)證

Bricaud等提出了CDOM吸收系數(shù)參數(shù)化模型[20]，即

(2)

式中，ag(λ)為CDOM各波長λ對應(yīng)的吸收系數(shù)；ag(λ0)為CDOM在參考波長λ0的吸收系數(shù)；Sg為吸收光譜斜率，一般根據(jù)研究區(qū)域的實(shí)測吸收光譜確定，具有較強(qiáng)的區(qū)域性，本文對此參數(shù)不做研究。前面已經(jīng)提到，在水體CDOM的研究中，一般用ag(λ0)來代表CDOM的濃度值，本文主要研究ag(440)遙感模式。關(guān)于λ0視不同的研究領(lǐng)域取值不同。根據(jù)公式(2)，CDOM的吸收光譜隨著波長的增加呈指數(shù)衰減趨勢，換句話說，CDOM吸收光譜在紫外和藍(lán)光波段呈現(xiàn)高值。因而在開闊的大洋水域，考慮信噪比和自然水體中CDOM對紫外光的衰減，λ0一般取350 nm；對于淡水，λ0一般取380 nm、375 nm和280 nm；對于近岸海域，由于短波處的大氣校正有很大的誤差，CDOM算法不能選擇短波波段，同時(shí)考慮到CDOM和浮游植物色素在藍(lán)光處吸收重疊的原因，λ0一般取440 nm[21—22]?？紤]到一般的中等空間分辨率陸地遙感數(shù)據(jù)均設(shè)有藍(lán)光探測波段(430～490 nm)，且不同波長之間的吸收系數(shù)可互相轉(zhuǎn)換，因此λ0采用440 nm具有一定的普適性。

目前提取CDOM濃度的模式主要有兩大類，一類是基于水體表觀光學(xué)量，即利用單波段、雙波段或者多波段遙感反射比的組合，建立提取CDOM濃度的模式，也稱為光譜指數(shù)法；另外一類是基于水體固有光學(xué)量，利用葉綠素含量及其吸收系數(shù)，建立提取CDOM濃度的模式[23—26]。周天博等[11]針對香港海域建立的光譜指數(shù)模式，通過表觀光學(xué)量與ag(412)和ag(443)的關(guān)系模式，間接提取ag(440)。如果希望業(yè)務(wù)化運(yùn)行的話，利用表觀光學(xué)量直接提取ag(440)是有效的方法之一，間接提取的模式相對會(huì)繁瑣一些，也可避開煩瑣的固有光學(xué)量測量過程。

黃妙芬等以Bowers模式為基礎(chǔ)[10]，針對遼東灣海域，建立了利用HJ-1/CCD通過CDOM的ag(440)反演化學(xué)需氧量的模式，取得了較好的精度。本文同樣以Bowers模式為基礎(chǔ)，利用2013年11月和2014年2月在珠江口及其入?？谀喜亢Ｓ虻?個(gè)航次，現(xiàn)場測量得到33個(gè)光譜樣本數(shù)據(jù)。利用其中22個(gè)試驗(yàn)樣本，結(jié)合HJ-1/CCD的波段響應(yīng)函數(shù)，模擬出利用非水色衛(wèi)星HJ-1/CCD兩個(gè)寬波段(B1：430～490 nm和B3:630～690 nm)反演水體CDOM的遙感指數(shù)模式，即

ag(440)=0.108 6×exp[0.928 9(R3/R1)]

(3)

式中，ag(440)為400 nm波長對應(yīng)的吸收系數(shù)，R1、R3分別為HJ-1/CCD的B1和B3波段對應(yīng)的遙感反射比(sr-1)。

由于難以獲取HJ-1衛(wèi)星過境時(shí)同步的水體CDOM觀測數(shù)據(jù)，故采用試驗(yàn)中預(yù)留的11個(gè)樣本，模擬HJ-1相應(yīng)波段的遙感反射比，帶入式(3)中，獲取估算的CDOM濃度值ag(440)，并用對應(yīng)水體樣本的CDOM分析值進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果見表1。根據(jù)表1可計(jì)算出估算值的相對誤差為9%，表明根據(jù)式(3)計(jì)算的結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確率。

表1 CDOM估算值誤差

3.3 模式的應(yīng)用

將本文所建立的ag(440)遙感模式應(yīng)用于珠江口區(qū)域晴天下獲得的12景HJ-1/CCD衛(wèi)星數(shù)據(jù)，得到該區(qū)域CDOM空間分布圖。

3.3.1 HJ-1/CCD數(shù)據(jù)處理

HJ-1/CCD遙感數(shù)據(jù)是以灰度值(Digital Number，DN)進(jìn)行存儲(chǔ)。DN值是傳感器所接受到的大氣上界上行輻射能量的量化結(jié)果，并不直接反映海表的輻射特性。因此，首先需要在像元光譜數(shù)據(jù)層次上，將DN值重新轉(zhuǎn)換成反映海表的輻射特性物理量，即測量的表觀光學(xué)量，其關(guān)系如下：

(4)

式中，Lλ為測量的表觀輻亮度；DN為原始影像象元灰度值；g和b為傳感器對應(yīng)的增益和偏差值。對于HJ-1衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)，g和b基于陸地目標(biāo)進(jìn)行在軌定標(biāo)而獲取，可從下載數(shù)據(jù)的原數(shù)據(jù)文件中得到。已有研究表明，用陸地場定標(biāo)系數(shù)獲取離水輻亮度值時(shí)，由于陸地場高反射率會(huì)導(dǎo)致獲取的離水輻亮度偏高[27]。基于此原因，本研究采用文獻(xiàn)[27]提供的基于水體目標(biāo)的輻射定標(biāo)系數(shù)。

太陽輻射在穿過大氣過程中，會(huì)受到大氣分子、氣溶膠的散射以及臭氧、水汽等氣體的吸收，導(dǎo)致遙感器接收的輻射值有一部分是來自大氣的作用。因此大氣校正是HJ-1衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)地表參數(shù)定量反演的一個(gè)必備環(huán)節(jié)。關(guān)于HJ-1衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)的大氣校正的方法有不少的研究[28—29]。本文主要使用遙感圖像處理軟件下的FLAASH大氣校正模塊，完成相應(yīng)遙感圖像的大氣校正工作。

3.3.2 模式應(yīng)用

圖4～6為將建立的遙感模式應(yīng)用于珠江口而獲取的CDOM空間分布圖。從圖4～6可見，整個(gè)珠江口及其鄰近海域，CDOM的數(shù)值基本在0.07～0.25 m-1之間，遙感反演的CDOM空間分布數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)得到的分布特征基本吻合，珠江口西部的CDOM數(shù)據(jù)明顯高于中部和東部海域，2013年和2014年兩個(gè)航次的實(shí)測數(shù)據(jù)也表明了這一點(diǎn)。

2013年9月19日的遙感數(shù)據(jù)顯示，整個(gè)珠江口海域CDOM的數(shù)值相對比較高，最大值在0.44 m-1，而且大部分區(qū)域都高于0.2 m-1，2012年9月28日的圖像也顯示出較高的CDOM數(shù)值，最大值在0.37 m-1，而且大部分區(qū)域都高于0.19 m-1，究其原因需要更多相關(guān)數(shù)據(jù)來支撐分析。

根據(jù)陳楚群等[2]所建立的CDOM吸收系數(shù)ag(440)與CDOM濃度之間的關(guān)系模型，可按公式(5)通過ag(440)直接計(jì)算出CDOM的濃度Y(mg/L)：

(5)

以圖4c數(shù)據(jù)為例，圖4c用遙感模式反演得到的ag(440)在0.01～0.25 m-1之間，代入公式(5)后，計(jì)算得到Y(jié)值在7.35～183.7 mg/L之間。利用公式(5)計(jì)算得到的2012-2014年整個(gè)香港水域Y值在95～139 mg/L之間，周天博等[12]按照公式(5)計(jì)算出2009—2011年香港水域的3月、8月和12月的Y值在150～330 mg/L，也就是說，在2009—2011年之間的這3個(gè)月，香港水域ag(440)在0.20～0.44 m-1之間，而根據(jù)本文所建立的遙感模式在0.12～0.20 m-1之間，明顯低于周天博等的研究結(jié)論，造成差異的主要有3個(gè)原因：(1)周天博等利用HJ-1/CCD頭文件的輻射定標(biāo)系數(shù)，計(jì)算結(jié)果表觀輻亮度高于本文采用的水體目標(biāo)的定標(biāo)系數(shù)；(2)周天博等采用的方法是先提取ag(412)和ag(443)，再建立ag(412)和ag(443)與ag(440)的關(guān)系模型，而本文是直接利用表觀光學(xué)量直接提取ag(440)；(3)周天博等研究的時(shí)段是2009—2011年，本文研究的時(shí)段是2012—2014年，由于時(shí)段不同，水體的性質(zhì)必然會(huì)存在一定的差異。

圖4 2012年珠江口海域CDOM濃度空間分布圖Fig.4 The spatial distribution of CDOM concentration of Zhujiang River Estuary water in 2012

圖5 2013年珠江口海域CDOM濃度空間分布圖Fig. 5 The spatial distribution of CDOM concentration of Zhujiang River Estuary water in 2013

圖6 2014年珠江口海域CDOM濃度空間分布圖Fig.6 The spatial distribution of CDOM concentration of Zhujiang River Estuary water in 2014

4 結(jié)束語

珠江口海域是我國重要的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)區(qū)域，也是我國水質(zhì)污染較嚴(yán)重的區(qū)域之一。有色可溶性有機(jī)物質(zhì)CDOM可以作為污染程度的“指示劑”之一，因而掌握其空間和時(shí)間變化特征具有重要的意義。本文利用2013年11月和2014年2月兩個(gè)航次實(shí)測的數(shù)據(jù)，將珠江口分為3個(gè)斷面展開分析。整體來看，西部斷面ag(440)數(shù)值高于中部斷面和東部斷面，形成高值區(qū)，反映以珠江沖淡水為主的陸源輸入特性，加上沿岸生活生產(chǎn)污水的排放，比東部沿岸區(qū)域要嚴(yán)重。所建立的基于HJ-1/CCD衛(wèi)星傳感器的ag(440)遙感反演指數(shù)模式，經(jīng)過實(shí)測數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，呈現(xiàn)了較高的精度。將所建立的模式應(yīng)用于2012—2014年獲取珠江口海域的HJ-1/CCD數(shù)據(jù)，得到多時(shí)相的空間分布圖。圖像分析表明遙感反演的CDOM空間分布數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)據(jù)得到的分布特征基本吻合，且研究區(qū)海域的CDOM濃度分布有明顯的區(qū)域性差

異。這些結(jié)論對于深入了解珠江口海域CDOM的光譜吸收特性具有重要的意義，也為進(jìn)一步在南海海域建立固有光學(xué)參量的遙感算法提供了參考。

致謝：試驗(yàn)和部分?jǐn)?shù)據(jù)處理得到廣東省海洋與漁業(yè)環(huán)境監(jiān)測中心葉四化主任和黃維聰技術(shù)員，廣東海洋大學(xué)付東洋博士、劉大召博士和王立安博士、秦皇島中科遙感信息技術(shù)有限公司李占強(qiáng)技術(shù)員的幫助，中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心提供了HJ-1/CCD數(shù)據(jù)支持，在此一并謝忱!

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The research on remote sensing mode of retrieving ag(440) in Zhujiang River Estuary and its application

Huang Miaofen1，Wang Difeng2，Xing Xufeng1，Wei Ji’an2，Liu Dong2，Zhao Zulong1，Wang Weixuan1，Liu Yang1

(1.SchoolofMarineEngineering，DalianOceanUniversity，Dalian116023，China;2.TheSecondInstituteofOceanography，StateOceanicAdministration，Hangzhou310012，China)

Colored dissolved organic matters(CDOM) directly affect the optical characteristics of sea water. As one of the fundamental parameters of inverse modeling the water organic pollution content water color remote sensing，the concentration of CDOM in the water is usually indexed by the absorption coefficeient at 440 nm wavelength，ag(440). Therefore，in order to obtain the spatial variability of the CDOM concentration in the relevant areas and to extract other water environmental paramenters，it is essential to establish a remote sensing inverse model ofag(440). Applying the in-site measured apparent and inherent optical properties of Zhujiang River Estuary of southern China in November 2013 and February 2014，respectively，we established a remote sensing inverse model ofag(440) based on the HJ-1/CCD satellite. The model is then applied to Zhujiang River Estuary to obtain the spatial distribution of CDOM concentration under the clear sky between January 2012 and June 2014. The results that，(1) the in-situ measuredag(440) in Zhujiang River Estuary varied between 0.1 and 0.3 m-1，the value is obviously larger in the areas with high influence of land and river runoff than those with low influence of land and river runoff. It also shows some regular variation with differene sections; (2) the validation of the model by the in-situ data givers a relative error of 9%，indicating a high accuracy of the inverse model; (3) the CDOM spatial distribution data from the inverse model are in good agreement with the observation，in the whole Zhujiang River Estuary and the adjacent areas，ag(440) varies between 0.07 and 0.31 m-1，and the value is higher in the western part of the estuary than the eastern part．

Zhujiang River Estuary; CDOM;ag(440); remote senseing

10.3969/j.issn.0253-4193.2015.07.007

2014-07-20；

2014-12-22。

國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目——粵港澳水量與水環(huán)境遙感監(jiān)測應(yīng)用系統(tǒng)(2012BAH32B01-4)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目——石油類污染水體固有光學(xué)特性研究與反演(41271364)；國家海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)——海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測儀器產(chǎn)業(yè)化及示范應(yīng)用研究(201005025-04)。

黃妙芬(1963—)，女，廣東省汕頭市人，教授，博士，從事水色遙感和熱紅外遙感研究。E-mail:hmf808@163.com

P716

A

0253-4193(2015)07-0067-11

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