岛礁浅海水下地形与底质多光谱遥感无控反演研究-卫星海洋环境动力学国家重点实验室

岛礁浅海水下地形与底质多光谱遥感无控反演研究

发布日期：2021-04-27 阅读：2963

近日，我室硕士研究生马蕴涵在国际遥感领域知名期刊《Remote Sensing》上发表了“无实测数据支持的大洋岛礁浅海底质反射率多光谱遥感方法”的论文，通讯作者为张华国研究员。

利用卫星遥感技术对浅海水下地形和底质的研究一直受到国内外学者的广泛关注。但是现有的物理方法多集中于高光谱数据或者基于先验知识的多光谱数据，基于物理方法并且不依赖先验知识的多光谱遥感大洋岛礁浅海底质的定量研究还鲜有关注。

针对上述问题，本研究以多光谱遥感数据为基础，通过对数比值模型与半分析模型相结合，基于水体光学特性约束，发展了一种底质反射率和水深的多光谱遥感反演模型，实现了缺乏先验知识情况下的大洋岛礁浅海底质反射率的定量反演。开展了模拟仿真验算（图1）和太平洋中北部中途岛的实验（图2），结果表明，该算法取得了稳定的水深与底质反射率探测能力，底质反射率能很好的表征底质类型（图3）。

图1 Hydrolight模拟仿真结果：(a) 蓝绿波段光谱反射率分布，不同形状代表不同范围底质反射率，不同颜色代表不同水深; (b) 蓝绿波段对数比值与水深的拟合图; (c) 图a散点图的旋转结果; (d) 蓝绿波段对数旋转比值与底质反射率的拟合图

图2 基于WorldView-2遥感数据在中途岛的反演结果：(a) 水深反演图; (d) 底质反射率反演图; (g)为 (a)和(d)的叠加三维图. (b), (c)为(a)的局部放大图，(e), (f)为(d)的局部放大图，(h), (i)为(g)的局部放大图

图3 不同底质类型对应底质反射率的概率分布图及拟合曲线

该研究有效推动了底质反射率的参数化研究。在一个持续发生气候变化的时代，底质反射率的准实时探测对监测浅水底栖生境的变化具有重要潜力，可以为预测和应对珊瑚白化提供决策支持。该研究得到国家自然科学基金项目（41876208）的资助。

引用：MA Yunhan, ZHANG Huaguo*, LI Xiaorun, WANG Juan, CAO Wenting, LI Dongling, LOU Xiulin, FAN Kaiguo. An Exponential Algorithm for Bottom Reflectance Retrieval in Clear Optically Shallow Waters from Multispectral Imagery without Ground Data. Remote Sens. 2021, 13, 1169.

Doi:10.3390/rs13061169

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