针对HY-1A CCD的大气修正与水体组分反演

来源 :中国科学院研究生院(海洋研究所) | 被引量 : 14次 | 上传用户:mwd2009
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本文在国家高技术研究发展计划项目和HY-1A卫星应用项目的支撑下,面向HY-1A CCD进行海洋水色遥感应用的需求,开展了大气修正与水体组分浓度反演的研究。论文的工作包括: (1)在辐射传输模拟的基础上,针对HY-1A CCD建立了基于查找表技术的一类水体大气修正算法,可以由1~4波段的TOA反射率反演得到1~2波段的离水反射率等参量。其中,瑞利反射率可以用与角度和波长有关的傅立叶级数近似。气体吸收透过率可以用空气质量的三次多项式来近似其角度依赖性,与含量有关的水汽和臭氧透过率也可以用空气质量和气体含量的简单关系式来近似。将瑞利查找表和气体吸收透过率公式用于HY-1A CCD数据处理的总体效果良好。建立了散射透过率查找表,构造了τa(?)γ=ρmixr和pas(?)ρA两类气溶胶查找表(考虑了吸收性气溶胶),并提出了4个针对一类水体的气溶胶修正算法。采用模拟数据的处理试验表明,基于τa(?)γ查找表的算法效果最好,该算法对模拟数据的处理结果很好。 (2)在辐射传输模拟的基础上,针对HY-1A CCD建立了基于神经网络技术的一类水体大气修正算法,可以由3、4波段的ρA和3个角度反演得到1、2波段的ρA、大气透过率和气溶胶光学厚度等参数。基于模拟数据的性能评估试验表明,网络模型的反演是成功的,且对添加±5%的随机噪声不太敏感,具有较高的“鲁棒性”。与基于查找表方法的算法相比,网络算法具有最高的R2和最低的RMSE,而且,在处理未参与网络模型和查找表建立的气溶胶数据时,网络算法的结果明显好于查找表算法,因此,可以认为网络算法具有更好的气溶胶内插能力。由于其同时具有高速处理的特点,采用网络算法进行一类水体大气修正处理也是一个不错的选择。 (3)在辐射传输模拟的基础上,针对HY-1A CCD建立了基于神经网络技术的二类水体大气修正算法,可以由1~4波段的经过瑞利和气体吸收修正的TOA反射率和3个角度反演得到1~4波段的离水反射率和气溶胶光学厚度等参数。基于模拟数据的性能评估试验表明,网络模型反演的总体效果良好,但相比于一类水体网络算法,二类水体网络算法对数据噪声较为敏感。针对HY-1A CCD数据的处理试验表明,除了在非常浑浊的水体,反演结果基本合理。 (4)针对HY-1A CCD,建立了基于遗传优化技术的三组分浓度反演算法,可以由1~4波段的R(0-)同时反演三组分浓度。模拟反演试验表明,应用HY-1A CCD同时反演三组分浓度的效果很好,其中,悬浮物的反演效果最佳,黄色物质其次,只是叶绿素在低浓度时较差。因此,HY-1A CCD可以用于二类水体组分反演,其在悬浮物反演方面的优势明显。引入±10%的数据偏差时,模型反演的悬浮物浓度最大平均相对误差不超过16%。 最后,就算法的完善提出了需进一步开展的研究工作。
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