海面鹽度是描述海洋狀態(tài)的重要參數(shù)之一，研究其變化和分布規(guī)律對分析海洋自身特性以及了解海洋在海-氣復雜系統(tǒng)中的作用有重要意義。海面鹽度的獲取也是氣象學、生態(tài)學、水文學和漁業(yè)等其他學科與應用領域重點關注的研究對象。光學與微波遙感反演海面鹽度各有優(yōu)勢與不足，有效協(xié)同利用兩種遙感數(shù)據(jù)，將有助于提高海面鹽度的反演精度。本文選取南海北部珠江口東岸香港海域為研究區(qū)，采用2009-2011年遙感數(shù)據(jù)和海面實測數(shù)據(jù)，研究海面鹽度光學與微波遙感數(shù)據(jù)協(xié)同反演方法，提出基于ETM+與SAR數(shù)據(jù)的海面鹽度協(xié)同反演模型，主要研究工作包括以下幾個方面： （1）分別研究光學與微波遙感的海面鹽度反演機理，提出基于單一遙感數(shù)據(jù)的海面鹽度反演算法。利用改進型經(jīng)驗光譜指數(shù)與半經(jīng)驗半物理海面輻射傳輸模型提取黃色物質(zhì)濃度，根據(jù)高光譜數(shù)據(jù)反演海面鹽度算法，以黃色物質(zhì)濃度為中介物，間接反演海面鹽度；利用SAR數(shù)據(jù)散射系數(shù)獲取海面亮溫，根據(jù)K-S模型，可從反演得到的海面亮溫中提取海面鹽度。 （2）從光學微波遙感數(shù)據(jù)級融合協(xié)同的角度，提出一種SAR插補ETM+缺失數(shù)據(jù)方法，利用SAR數(shù)據(jù)穿云透霧特性去除ETM+影像中云及其陰影影響，從而達到在云遮擋情況下提取海面鹽度的目的。利用像元位置匹配轉(zhuǎn)化算法，將SAR影像轉(zhuǎn)化成為基于ETM+像元的無云無陰影影像，再將該無云影響影像像元與ETM+原影像有云影響像元做對應的像元替換，即可生成SAR插補ETM+缺失數(shù)據(jù)后的新ETM+影像。針對有云影響的光學影像，利用該缺失數(shù)據(jù)插補方法與高光譜數(shù)據(jù)反演海面鹽度算法，可以獲取得到一定精度的海面鹽度。 （3）從光學微波遙感模型級耦合協(xié)同的角度，提出一種ETM+與SAR數(shù)據(jù)協(xié)同反演海面鹽度的方法。利用ETM+與SAR數(shù)據(jù)分別提取得到的海面亮溫與海面發(fā)射率，通過海面溫度反演算法獲取海面溫度，將其與從SAR數(shù)據(jù)中提取得到海水介電常數(shù)一并代入德拜方程，即可建立基于光學與微波遙感模型耦合的海面鹽度協(xié)同反演模型。經(jīng)實測海面鹽度數(shù)據(jù)驗證，基于光學與微波遙感模型級耦合的海面鹽度協(xié)同反演模型的反演精度較其它方法更高（復相關系數(shù)達到R2=0.8672，均方根誤差為RMSE=0.6253），其協(xié)同反演結果明顯優(yōu)于單一遙感數(shù)據(jù)的反演結果。 本文的創(chuàng)新點是：（1）提出了光學微波遙感數(shù)據(jù)級融合協(xié)同反演的方法，可以推廣應用到光學影像數(shù)據(jù)缺失（如云遮擋）情況下的海面鹽度反演研究；（2）根據(jù)光學微波遙感模型級耦合協(xié)同反演方法，建立了基于ETM+與SAR數(shù)據(jù)的海面鹽度協(xié)同反演模型，提高了海面鹽度反演精度，增強了海面鹽度反演模型的適應性。
【學位單位】：中國地質(zhì)大學（北京）
【學位級別】：博士
【學位年份】：2013
【中圖分類】：P714.1;TP79
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 海面鹽度反演的研究現(xiàn)狀
        1.2.2 多源遙感數(shù)據(jù)協(xié)同反演地表參數(shù)的研究現(xiàn)狀
    1.3 研究內(nèi)容、目的及意義
        1.3.1 研究目的與意義
        1.3.2 主要研究內(nèi)容
        1.3.3 研究創(chuàng)新點與難題
    1.4 論文組織結構
第2章 海面鹽度遙感反演原理與方法
    2.1 海面鹽度基本概念
    2.2 海面鹽度微波遙感反演機理
        2.2.1 普朗克定律和瑞利-金斯定律
        2.2.2 海面亮溫
        2.2.3 鏡面菲涅耳反射率公式
        2.2.4 極化條件下的海面發(fā)射率
        2.2.5 德拜方程
    2.3 多源數(shù)據(jù)協(xié)同反演海面鹽度機理
        2.3.1 多源數(shù)據(jù)協(xié)同反演的基本概念與理論
        2.3.2 基于ETM+和SAR數(shù)據(jù)的海面鹽度協(xié)同反演策略與方法
第3章 數(shù)據(jù)與預處理
    3.1 研究區(qū)選擇
    3.2 數(shù)據(jù)獲取
    3.3 數(shù)據(jù)預處理
        3.3.1 ETM+數(shù)據(jù)預處理
        3.3.2 SAR數(shù)據(jù)預處理
第4章 基于單一遙感數(shù)據(jù)的海面鹽度反演算法
    4.1 基于ETM+數(shù)據(jù)的海面鹽度反演模型
        4.1.1 基于ETM+數(shù)據(jù)的黃色物質(zhì)濃度反演算法
        4.1.2 以黃色物質(zhì)濃度為中介物的海面鹽度反演模型
    4.2 基于SAR數(shù)據(jù)的海面鹽度反演模型
        4.2.1 海面亮溫的遙感反演模型
        4.2.2 基于K-S模型的海面鹽度反演模型
        4.2.3 結論
    4.3 單一遙感數(shù)據(jù)反演海面鹽度的結果分析
第5章 海面鹽度多源遙感協(xié)同反演模型
    5.1 基于SAR插補ETM+的海面鹽度數(shù)據(jù)級融合協(xié)同反演模型
        5.1.1 實驗方法
        5.1.2 ETM+與SAR數(shù)據(jù)之間的像元位置匹配轉(zhuǎn)化方法
        5.1.3 云檢測算法
        5.1.4 云陰影提取模型
        5.1.5 去云處理結果分析
        5.1.6 基于SAR插補ETM+的海面鹽度數(shù)據(jù)融合協(xié)同反演模型及其檢驗
        5.1.7 結論
    5.2 海面溫度光學微波遙感模型級耦合協(xié)同反演方法
        5.2.1 基于ETM+數(shù)據(jù)的海面亮溫反演算法
        5.2.2 基于SAR數(shù)據(jù)的海面發(fā)射率計算模型
        5.2.3 海面溫度提取的結果分析與檢驗
    5.3 基于SAR數(shù)據(jù)的海水介電常數(shù)計算方法
    5.4 基于K-S模式的德拜方程參數(shù)分析
    5.5 海面鹽度光學微波模型級耦合協(xié)同反演方法的結果分析與比較檢驗
第6章 總結與展望
    6.1 總結
    6.2 展望
參考文獻
致謝
附錄

【參考文獻】

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本文編號：2868439