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HY-1C卫星海岸带成像仪叶绿素a浓度反演研究

滕越 邹斌 叶小敏

滕越,邹斌,叶小敏. HY-1C卫星海岸带成像仪叶绿素a浓度反演研究[J]. 海洋学报,2022,44(5):25–34 doi: 10.12284/hyxb2022052
引用本文: 滕越,邹斌,叶小敏. HY-1C卫星海岸带成像仪叶绿素a浓度反演研究[J]. 海洋学报,2022,44(5):25–34 doi: 10.12284/hyxb2022052
Teng Yue,Zou Bin,Ye Xiaomin. Study on the chlorophyll a concentration retrieved from HY-1C satellite coastal zone imager data[J]. Haiyang Xuebao,2022, 44(5):25–34 doi: 10.12284/hyxb2022052
Citation: Teng Yue,Zou Bin,Ye Xiaomin. Study on the chlorophyll a concentration retrieved from HY-1C satellite coastal zone imager data[J]. Haiyang Xuebao,2022, 44(5):25–34 doi: 10.12284/hyxb2022052

HY-1C卫星海岸带成像仪叶绿素a浓度反演研究

doi: 10.12284/hyxb2022052
基金项目: 民用航天技术预先研究项目(D040107)
详细信息
    作者简介:

    滕越(1997—),女,山东省德州市人,主要从事海洋遥感水色要素的研究。E-mail: a122902@qq.com

    通讯作者:

    邹斌(1969—),男,河南省信阳市人,研究员,主要从事海洋遥感应用研究。E-mail: zoubin@mail.nsoas.org.cn

  • 中图分类号: X834;P714

Study on the chlorophyll a concentration retrieved from HY-1C satellite coastal zone imager data

  • 摘要: 叶绿素a作为最重要的水质参数之一,是评价水体富营养化和初级生产力状况的主要因素。我国海洋一号C(HY-1C)卫星海岸带成像仪(CZI)具有高时空分辨率的观测优势。本文基于东海和南海现场实测数据建立了HY-1C卫星CZI叶绿素a浓度反演模型并在实测水域进行反演,与MODIS叶绿素a浓度反演产品进行了对比验证,应用CZI叶绿素a浓度模型在珠江口、长江口、渤海湾水域进行了叶绿素a浓度反演示例试验。结果表明,叶绿素a浓度模型估算浓度与实测浓度相关系数为0.774 3,平均相对误差为24.58%,利用实测叶绿素a浓度对模型进行精度验证,相关系数达到0.993 9,平均相对误差为18.49%。模型在实测水域反演得到的叶绿素a浓度分布与MODIS叶绿素a浓度产品分布大体一致。在珠江口水域反演得到叶绿素a浓度空间分布为由西北向东南逐级递减,峰值出现在珠江口西沿岸。在长江口、渤海湾反演叶绿素a浓度空间分布均符合地理实情。研究表明HY-1C卫星CZI数据可应用于中国近海水色定量化研究。
  • 图  1  2018年9月、10月东海和南海叶绿素a浓度实测站点分布

    Fig.  1  Cruise locations of in situ chlorophyll a concentration sites in the East China Sea and South China Sea in September and October 2018

    图  2  模型估算的叶绿素a浓度与实测叶绿素a浓度关系

    Fig.  2  The relationship between the chlorophyll a concentration estimated by the model and the measured chlorophyll a concentration

    图  3  海南岛周围HY-1C卫星海岸带成像仪遥感影像

    观测时间:2019年9月26日

    Fig.  3  Images acquired by coastal zone imager onboard the HY-1C satellite near the Hainan Island

    Imaging time: September 26, 2019

    图  4  珠江口水域HY-1C卫星海岸带成像仪遥感影像

    Fig.  4  Images acquired by coastal zone imager onboard the HY-1C satellite of the Zhujiang River Estuary waters

    图  5  海南岛周围叶绿素a浓度海岸带成像仪反演结果

    a. 海岸带成像仪叶绿素a浓度反演结果 ;b. MODIS 叶绿素a浓度反演结果

    Fig.  5  Chlorophyll a concentration retrieved from coastal zone imager in the offshore water around Hainan Island

    a. Chlorophyll a concentration retrieved from coastal zone imager; b. chlorophyll a concentration retrieved from MODIS

    图  6  珠江口叶绿素a浓度海岸带成像仪反演结果

    Fig.  6  Chlorophyll a concentration retrieved from coastal zone imager in the Zhujiang River Estuary

    图  7  长江口及其邻近水域叶绿素a浓度海岸带成像仪反演结果

    Fig.  7  Chlorophyll a concentration retrieved from coastal zone imager in the Changjiang River Estuary and its adjacent waters

    图  8  渤海湾叶绿素a浓度海岸带成像仪反演结果

    Fig.  8  Chlorophyll a concentration retrieved from coastal zone imager in the Bohai Bay

    表  1  HY-1C 卫星海岸带成像仪的基本参数

    Tab.  1  Basic parameters of coastal zone imager onboard HY-1C satellite

    太阳同步回归轨道波段/μm不同波段应用对象
    0.42~0.50叶绿素、污染、冰、浅海地形
    0.52~0.60叶绿素、低浓度泥沙、污染、滩涂
    0.61~0.69中等浓度泥沙、植被、土壤
    0.76~0.89植被、高浓度泥沙、大气校正
      注:星下点分辨率为50 m;幅宽≥950 km;太阳同步回归轨道高度:782 km;太阳同步回归轨道地方时:10:30AM±30 min。
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    表  2  所用遥感数据基本参数

    Tab.  2  The basic parameters of remote sensing data used

    覆盖区域序号载荷/卫星成像时间
    海南岛1CZI/HY-1C2019年9月26日 03:28
    2CZI/HY-1C2019年9月26日 03:29
    珠江口3CZI/HY-1C2020年1月30日 03:28
    4CZI/ HY-1C2020年2月26日 03:28
    5CZI/ HY-1C2020年10月11日 03:25
    6CZI/ HY-1C2020年11月22日 03:24
    7CZI/ HY-1C2020年12月4日 03:24
    长江口8CZI/ HY-1C2020年11月8日 02:48
    9CZI/ HY-1C2020年11月8日 02:49
    渤海湾10CZI/ HY-1C2020年10月26日 03:20
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  • [1] Martin S. 海洋遥感导论[M]. 蒋兴伟等译. 北京: 海洋出版社, 2017: 159−217.

    Martin S. An Introduction to Ocean Remote Sensing[M]. Jiang Xingwei, et al, trans. Beijing: China Ocean Press, 2017: 159−217.
    [2] 张棋斐, 吴志峰, 解学通. 河口及近岸海域水体叶绿素浓度反演方法综述[J]. 生态科学, 2017, 36(5): 215−222.

    Zhang Qifei, Wu Zhifeng, Xie Xuetong. Research progress of the inversion algorithm of chlorophyll-a concentration in estuaries and coastal waters[J]. Ecological Science, 2017, 36(5): 215−222.
    [3] 王玉芳, 杨士斌, 刘得银, 等. 浮游植物叶绿素a含量不同方法测定比较——以白洋淀区域水体为例[J]. 水文, 2014, 34(5): 57−60. doi: 10.3969/j.issn.1000-0852.2014.05.011

    Wang Yufang, Yang Shibin, Liu Deyin, et al. Comparison of different methods for phytoplankton chlorophyll a concentration measurement: a study case of water in Baiyangdian Area[J]. Journal of China Hydrology, 2014, 34(5): 57−60. doi: 10.3969/j.issn.1000-0852.2014.05.011
    [4] 刘良明. 卫星海洋遥感导论[M]. 武汉: 武汉大学出版社, 2005: 120-138.

    Liu Liangming. An Introduction to Satellite Oceanic Remote Sensing[M]. Wuhan: Wuhan University Press, 2005: 120−138.
    [5] 叶小敏. 封面“HY-1C卫星”故事[J]. 海洋学报, 2019, 41(11): 163.

    Ye Xiaomin. Cover story: HY-1C satellite[J]. Haiyang Xuebao, 2019, 41(11): 163.
    [6] 蒋兴伟, 何贤强, 林明森, 等. 中国海洋卫星遥感应用进展[J]. 海洋学报, 2019, 41(10): 113−124.

    Jiang Xingwei, He Xianqiang, Lin Mingsen, et al. Progresses on ocean satellite remote sensing application in China[J]. Haiyang Xuebao, 2019, 41(10): 113−124.
    [7] 蒋兴伟, 叶小敏, 宋清涛, 等. 中国“海洋一号”卫星图像上的冯·卡门大气涡街现象与动力分析[J]. 海洋学报, 2013, 35(3): 96−103.

    Jiang Xingwei, Ye Xiaomin, Song Qingtao, et al. Phenomenon and dynamical analysis of the atmospheric von Kármán vortex streets on Chinese Haiyang-1 satellite image[J]. Haiyang Xuebao, 2013, 35(3): 96−103.
    [8] Cui Tingwei, Ding Jing, Jia Fujuan, et al. Out-of-band response for the Coastal Zone Imager (CZI) onboard China’s ocean color satellite HY-1C: effect on the observation just above the sea surface[J]. Sensors, 2018, 18(9): 3067. doi: 10.3390/s18093067
    [9] Cai Li’na, Zhou Minrui, Liu Jianqiang, et al. HY-1C observations of the impacts of islands on suspended sediment distribution in Zhoushan coastal waters, China[J]. Remote Sensing, 2020, 12(11): 1766. doi: 10.3390/rs12111766
    [10] 梁超, 刘利, 刘建强, 等. 基于HY-1C CZI影像光谱指数重构数据MNF变换的红树林提取[J]. 海洋学报, 2020, 42(4): 104−112.

    Liang Chao, Liu Li, Liu Jianqiang, et al. Extracting mangrove information using MNF transformation based on HY-1C CZI spectral indices reconstruction data[J]. Haiyang Xuebao, 2020, 42(4): 104−112.
    [11] 周屈, 刘建强, 王剑茹, 等. 利用HY-1C卫星CZI数据在COVID-19疫情期间武汉知音湖和黄家湖的浊度监测研究[J]. 武汉大学学报·信息科学版, 2020, 45(5): 676−681.

    Zhou Qu, Liu Jianqiang, Wang Jianru, et al. Water turbidity monitoring of Zhiyin and Huangjia Lakes in Wuhan for COVID-19 epidemic using HY-1C CZI data[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2020, 45(5): 676−681.
    [12] Ji Hongren, Tian Liqiao, Li Jian, et al. Spatial-spectral fusion of HY-1C COCTS/CZI data for coastal water remote sensing using deep belief network[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 2020, 14: 1693−1704.
    [13] 刘建强, 曾韬, 梁超, 等. 海洋一号C卫星在自然灾害监测中的应用[J]. 卫星应用, 2020(6): 26−34. doi: 10.3969/j.issn.1674-9030.2020.06.008

    Liu Jianqiang, Zeng Tao, Liang Chao, et al. Application of HY-1C satellite in natural disaster monitoring[J]. Satellite Application, 2020(6): 26−34. doi: 10.3969/j.issn.1674-9030.2020.06.008
    [14] 许大志, 曹文熙, 王桂芬. 南海北部水体叶绿素a浓度反演的生物光学模型[J]. 热带海洋学报, 2007, 26(2): 15−21. doi: 10.3969/j.issn.1009-5470.2007.02.003

    Xu Dazhi, Cao Wenxi, Wang Guifen. A bio-optical model for retrieval of chlorophyll a concentration in northern South China Sea[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2007, 26(2): 15−21. doi: 10.3969/j.issn.1009-5470.2007.02.003
    [15] 马超飞, 蒋兴伟, 唐军武, 等. HY-1 CCD宽波段水色要素反演算法[J]. 海洋学报, 2005, 27(4): 38−44.

    Ma Chaofei, Jiang Xingwei, Tang Junwu, et al. Inverse algorithms of ocean constituents for HY-1/CCD broadband data[J]. Haiyang Xuebao, 2005, 27(4): 38−44.
    [16] 唐军武, 王晓梅, 宋庆君, 等. 黄、东海二类水体水色要素的统计反演模式[J]. 海洋科学进展, 2004, 22(S1): 1−7.

    Tang Junwu, Wang Xiaomei, Song Qingjun, et al. Statistical inversion models for case Ⅱ water color elements in the Yellow Sea and East China Sea[J]. Advances in Marine Science, 2004, 22(S1): 1−7.
    [17] 丛丕福, 牛铮, 曲丽梅, 等. 利用海洋卫星HY-1数据反演叶绿素a的浓度[J]. 高技术通讯, 2005, 15(11): 106−110. doi: 10.3321/j.issn:1002-0470.2005.11.021

    Cong Pifu, Niu Zheng, Qu Limei, et al. Retrieval of chlorophyll a concentration from ocean satellite HY-1[J]. Chinese High Technology Letters, 2005, 15(11): 106−110. doi: 10.3321/j.issn:1002-0470.2005.11.021
    [18] 解学通, 吴志峰, 王婧, 等. 结合实测光谱数据的珠江口水质遥感监测[J]. 广州大学学报(自然科学版), 2016, 15(4): 73−78.

    Xie Xuetong, Wu Zhifeng, Wang Jing, et al. Remote sensing monitoring on water quality of coastal waters in the Pearl River Estuary based on measured spectral data[J]. Journal of Guangzhou University (Natural Science Edition), 2016, 15(4): 73−78.
    [19] 马金峰, 詹海刚, 陈楚群, 等. 珠江河口混浊高产水域叶绿素a浓度的遥感估算模型[J]. 热带海洋学报, 2009, 28(1): 15−20. doi: 10.3969/j.issn.1009-5470.2009.01.003

    Ma Jinfeng, Zhan Haigang, Chen Chuqun, et al. Remote sensing retrieval of chlorophyll a in turbid, productive estuaries: a case study of Zhujing River Estuary[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2009, 28(1): 15−20. doi: 10.3969/j.issn.1009-5470.2009.01.003
    [20] 刘大召, 李卓, 陈仔豪, 等. 基于高分1号遥感数据港珠澳大桥对珠江口海域悬浮泥沙分布的影响[J]. 广东海洋大学学报, 2020, 40(6): 89−95.

    Liu Dazhao, Li Zhuo, Chen Zihao, et al. Influence of Hong Kong-Zhuhai-Macao bridge on the distribution of suspended sediment in the Pearl River Estuary[J]. Journal of Guangdong Ocean University, 2020, 40(6): 89−95.
    [21] 方立刚, 陈水森, 李宏丽. 基于叶绿素a浓度的珠江口感潮河段咸潮监测研究[J]. 安徽农业科学, 2010, 38(30): 17213−17215, 17224. doi: 10.3969/j.issn.0517-6611.2010.30.183

    Fang Ligang, Chen Shuisen, Li Hongli. Study on salinity based on chlorophyll a in saltwater intrusion reach, Pearl River Estuary[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2010, 38(30): 17213−17215, 17224. doi: 10.3969/j.issn.0517-6611.2010.30.183
    [22] 李文凯. 河口海域悬浮泥沙时空动态遥感研究——以珠江口为例[D]. 武汉: 华中师范大学, 2017.

    Li Wenkai. Remote sensing of suspended sediments concentration spatial-tempory dynamics in Estuary Water —a case in the Pearl River Estuary[D]. Wuhan: Central China Normal University, 2017.
    [23] 刘华健, 黄良民, 谭烨辉, 等. 珠江口浮游植物叶绿素a和初级生产力的季节变化及其影响因素[J]. 热带海洋学报, 2017, 36(1): 81−91.

    Liu Huajian, Huang Liangmin, Tan Yehui, et al. Seasonal variations of chlorophyll a and primary production and their influencing factors in the Pearl River Estuary[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2017, 36(1): 81−91.
    [24] Hu Chuanmin, Lee Zhongping, Franz B. Chlorophyll a algorithms for oligotrophic oceans: a novel approach based on three-band reflectance difference[J]. Journal of Geophysical Research, 2012, 117(C1): C01011.
    [25] 赵蒙蒙, 寇杰锋, 杨静, 等. 粤港澳大湾区海岸带生态安全问题与保护建议[J]. 环境保护, 2019, 47(23): 29−34.

    Zhao Mengmeng, Kou Jiefeng, Yang Jing, et al. Study on the ecological security and protection measures of the coastal zone in Guangdong-Hong Kong-Macao greater bay area[J]. Environmental Protection, 2019, 47(23): 29−34.
    [26] 洪官林. 长江口及邻近海域叶绿素的光学特性及其遥感应用[D]. 上海: 华东师范大学, 2011.

    Hong Guanlin. Optical properties of chlorophyll and remote sensing application in Yangtze Estuary and Adjacent Sea[D]. Shanghai: East China Normal University, 2011.
    [27] 姜德娟, 张华. 渤海叶绿素浓度时空特征分析及其对赤潮的监测[J]. 海洋科学, 2018, 42(5): 23−31. doi: 10.11759/hykx20171215001

    Jiang Dejuan, Zhang Hua. Analysis of spatial and temporal characteristics of chlorophyll a concentration and red tide monitoring in Bohai Sea[J]. Marine Sciences, 2018, 42(5): 23−31. doi: 10.11759/hykx20171215001
    [28] 马翱慧, 刘湘南, 李婷, 等. 南海北部海域叶绿素a浓度时空特征遥感分析[J]. 海洋学报, 2013, 35(3): 98−105.

    Ma Aohui, Liu Xiangnan, Li Ting, et al. The satellite remotely-sensed analysis of the temporal and spatial variability of chlorophyll a concentration in the northern South China Sea[J]. Haiyang Xuebao, 2013, 35(3): 98−105.
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-07-21
  • 修回日期:  2021-11-12
  • 网络出版日期:  2022-06-15
  • 刊出日期:  2022-06-15

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