[发明专利]一种提取复杂水体叶绿素浓度分布信息的遥感反演方法

摘要

本发明涉及一种提取复杂水体叶绿素浓度分布信息的遥感反演方法，包括CMACast传输数据系统MODIS L0数据的实时接收、解码转换为hdf格式的MODIS L1b数据产品；对MODIS L1b数据产品进行大气校正；利用经过大气校正后的反射率数据进行双优化迭代叶绿素反演。其中叶绿素反演算法融合了GSM算法和李忠平的半经验算法，并采用两次非线性优化迭代有效地对浮游植物吸收散射光学特性进行反演，从而避免CDOM等吸收荧光特性对反射率光谱的影响，更准确的提取叶绿素浓度信息，为提高水色遥感反演算法提供了技术支持。

主权项

一种提取复杂水体叶绿素浓度分布信息的遥感反演方法，基于浮游植物吸收、散射光学特性，其步骤包括：A：通过CMACast数据传输系统实时接收最新发布的MODIS L0原始数据，并通过CMACast解码算法将MODIS L0原始数据转换为hdf格式的MODIS L1b数据；B：利用定标参数对步骤A得到的hdf格式的MODIS L1b数据进行辐射定标和几何校正；C：剔除大气分子瑞利散射；D：利用氧气与水汽吸收波段组合计算大气气溶胶校正因子；E：利用步骤D所得结果，提取已经过大气校正的CMACast的MODIS L2辐亮度数据产品；F：将步骤E得到的MODIS L2辐亮度数据产品与入射辐照度参数进行比值计算，得到MODIS L2反射率数据；G：基于步骤F得到的MODIS L2反射率数据应用基于浮游植物光学特性构建的6波段算法计算浮游植物吸收系数，固定吸收光谱斜率参数和散射光谱斜率参数，提取叶绿素浓度、443nm颗粒物后向散射参数和443nm CDOM吸收系数；H：将步骤G得到的结果再次应用基于浮游植物光学特性构建的6波段算法，固定443nm颗粒物后向散射参数、吸收光谱斜率参数、散射光谱斜率参数，再次计算叶绿素浓度；所述步骤G～H将MODIS L2反射率数据应用6波段算法计算浮游植物吸收系数是结合GSM模型和lee的经验模型对浮游植物经两次优化迭代进行光学信息提取的过程，具体方法如下：GSM模型将413‑667nm遥感反射率表达已经过大气校正的CMACast的MODIS L2数据rrs为：rrs=g1bba+bb+g2(bba+bb)2---(1)]]>其中g1、g2分别为0.0949和0.0797；a是海水总吸收系数，bb是海水总后向散射系数；其中a包含纯海水吸收、CDM吸收和浮游植物吸收的总和；其中浮游植物的吸收可以表达为：aph(λ)＝a*[chl]   (2)其中，a*是叶绿素比吸收系数，单位为m2/mg；[chl]是叶绿素浓度，单位为mg/m3；这里，a*在413,443,488,531,555,667nm对应的参数选取参见表1表1：模型参数CDOM吸收与波长存在一个指数关系，表达为:aCDM(λ)＝aCDM(443)exp[‑S(λ‑443)]   (3)S是aCDM光谱斜率，可以通过反射率比值计算得出：s=0.015+0.0020.6+rrs(443)rrs(555)---(4)]]>后向散射系数由纯水后向散射与颗粒物后向散射系数计算得出，其中颗粒物后向散射可以通过下式计算得出：bbp，单位为m‑1:bbp(λ)＝bbp(λ0)(λ/λ0)‑Y   (5)Y是后向散射光谱指数，在这里取常数1，λ0＝443nm固定参数S与Y，将式(2)‑(5)代入(1)，解非线性方程，估算叶绿素浓度[chl]、bbp(443)和aCDM(443)；将得到的bbp(443)作为输入参数，同时固定S，将所述的式(2)‑(5)再次代入(1)，再次解非线性方程，估算出叶绿素浓度[chl]’、aCDM(443)’和Y’。