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ASD | ASD FieldSpec 4光谱仪在珠江河口悬浮沉积物浓度反演上的应用

日期: 2022-10-18
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监测和量化河口(如珠江河口(PRE))悬浮沉积物浓度(SSC)可为环境过程、水文建设和航行提供重要信息。传统上基于原位测量进行SSC制图缺乏详细分析时所需的空间覆盖范围。而以往的许多研究表明,基于卫星图像可以在适当尺度上有效监测大型河口区域SSC格局及变化。然而,单个传感器获得的卫星图像通常无法保证用于大空间尺度或长期研究,利用多源卫星图像进行SSC反演在学术界越来越受欢迎。而就反演方法而言,目前仍广泛使用基于线性回归和多因素统计的经验分析方法,而主成分分析和人工神经网络也是提高精度的有效替代方法。而在小型水体中低SSC预测仍是一个挑战。

基于此,在本研究中,一组研究团队以珠江河口为研究区域,基于原位光谱数据(ASD FieldSpec 4光谱仪)和SSC测量,辅助以环境信息,例如经度、维度、风速和其它大气环境因子,并基于Landsat TM/OLI和Sentinel-2图像开发模型以量化SSC。通过均方根误差(RMSE)和相对误差(RE)评估模型的性能。最后通过所开发的模型进行珠江河口1986-2020年SSC分布制图。本研究主要目标为:(1)调查PRE SSC分布的空间格局;(2)探索过去25年SSC的时空变化;(3)分析SSC变化的影响因素及其与人类活动的关系。

【结果】

ASD | ASD FieldSpec 4光谱仪在珠江河口悬浮沉积物浓度反演上的应用

2020年7月22日和12月20日原位收集的光谱反射率曲线。

ASD | ASD FieldSpec 4光谱仪在珠江河口悬浮沉积物浓度反演上的应用

从Landsat-8 OLI提取的SSC多年平均值的空间分布。

(A-H)是根据SSC分布选择的八个主要监测地点。

ASD | ASD FieldSpec 4光谱仪在珠江河口悬浮沉积物浓度反演上的应用

基于Landsat TM/OLI和Sentinel图像,

1986-2020年期间SSC的长期变化(左);

基于M-K检验,长期SSC变化的Z统计分布(右)。

ASD | ASD FieldSpec 4光谱仪在珠江河口悬浮沉积物浓度反演上的应用

站点A、B、G和H的SSC时间变化趋势。

【结论】

珠江河口悬浮沉积物浓度(SSC)在时空分布上表现出典型的周期性变化。其空间分布呈现西海岸高,东海岸低的趋势。过去的35年,在大多数珠江河口地区,SSC具有明显下降趋势,下降程度因地区而异,有待进一步调查研究。在河口管理、海岸保护以及河口沉积物可持续性的经济和环境意义方面,应更加关注SSC下降的情况。珠江流域输沙量减少是SSC变化的主要原因。然而,自然因素如风速是调节珠江河口SSC空间格局的可能原因。人类活动,如疏浚和人工设施建设会扰乱SSC空间分布。未来,在SSC显著下降的地区,例如淇澳岛和内伶仃岛之间的地区以及西海岸的高SSC分布地区,应加强沉积物可持续管理。

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