CN108896501B - 一种河流溶解有机碳有效入海通量的遥感估算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种河流溶解有机碳有效入海通量的遥感估算方法，获取河口冲淡水区的遥感数据，基于遥感数据计算河口冲淡水区表层的有色溶解有机物和溶解有机碳的浓度；构建有色溶解有机物浓度与水体盐度的关系式，计算河口不同区域的水表盐度；构建溶解有机碳浓度与水体盐度的关系式，计算盐度为零情况下的溶解有机碳浓度，即河流淡水端元的入海有效溶解有机碳浓度；最后获取河流水文站测量的水流量，计算得到河流入海有效溶解有机碳通量。本发明的方法可实现历史期间河流入海有效溶解有机碳通量的长时间序列估算。

Description

一种河流溶解有机碳有效入海通量的遥感估算方法
技术领域
本发明涉及卫星遥感技术及其应用领域，具体涉及一种河流溶解有机碳有效入海通量的遥感估算方法。
背景技术
河流连通陆地和海洋生态系统，全球河流每年能输运约200Tg C(1Tg＝1×1012g)陆地生态系统产生的溶解有机碳(dissolved organic carbon,DOC)进入边缘海。全球河流溶解有机碳输运通量等于河流某断面一段时间内的溶解有机碳平均值与水流量的乘积，但估算的只是通过河流某一断面的溶解有机碳总量，并不等于河流有效输运进入边缘海的溶解有机碳的总量。在进入河口后，水环境会由淡水变成咸水，部分河流溶解有机碳会发生凝絮、分解等，同时部分河流输运的颗粒有机碳也会发生水解等变成溶解有机碳，从而使能真正进入边缘海的有效溶解有机碳总量小于河流断面上估算的溶解有机碳通量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种河流溶解有机碳有效入海通量的遥感估算方法，可估算河流真实有效输运进入边缘海的溶解有机碳总量(即河流溶解有机碳有效入海通量)。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种河流溶解有机碳有效入海通量的遥感估算方法，包括如下步骤：
(1)获取河口冲淡水区的遥感数据，基于遥感数据计算河口冲淡水区表层有色溶解有机物(colored dissolved organic matter,CDOM)和溶解有机碳DOC浓度；
(2)构建有色溶解有机物浓度与水体盐度的关系式，计算河口不同区域的水表盐度；
(3)构建溶解有机碳浓度与水体盐度的关系式，计算盐度为零情况下的溶解有机碳浓度，即河流淡水端元的入海有效溶解有机碳浓度；
(4)获取河流水文站测量的水流量，基于河流淡水端元的入海有效溶解有机碳浓度和水流量计算得到某一段时间内的河流入海有效溶解有机碳通量。
作为本发明的进一步改进，所述步骤(1)中，基于下式进行浑浊河口冲淡水区有色溶解有机物的遥感反演：
Figure BDA0001722880380000011
式中，requi(412)、requi(443)、requi(667)和requi(748)分别是中心波长为412、443、667和748nm的遥感波段的等效反射率；aCDOM(400)表征CDOM含量，用其在400nm的吸收系数表示；a,b和c是模型拟合参数，根据应用区域确定。
本发明设计了河流输运入海的有效溶解有机碳通量的遥感估算流程，且基于浑浊河口区遥感反演误差大的问题，提供了一种适用于浑浊河口区的CDOM反演算法。遥感技术具有长时间序列监测的优势，结合河流水流量历史数据，可实现历史期间河流入海有效溶解有机碳通量的长时间序列估算。
附图说明
图1为河流溶解有机碳有效入海通量的遥感估算方法的流程图。
图2河口冲淡水区两端元水团混合示意图。
具体实施方式
以我国珠江入海有效溶解有机碳通量的遥感估算为例，下面结合附图说明对本发明进一步说明：
如图1所示，本发明的河流溶解有机碳有效入海通量的遥感估算方法流程如下：
(1)获取河口冲淡水区的遥感数据，基于遥感数据计算河口冲淡水区表层的有色溶解有机物和溶解有机碳的浓度；
结合遥感传感器的光谱响应函数，由野外调查实测的水体遥感反射率(Rrs)计算遥感传感器波段对应的等效反射率requi(λ)；然后，由同步获取的Rrs和实测的有色可溶性有机物在可见光波长400nm的吸收系数(aCDOM(400))，构建珠江口水体aCDOM(400)的遥感反演算法，如式(2)所示，由遥感数据反演获得珠江口水体aCDOM(400)。
Figure BDA0001722880380000021
式(2)中，requi(412)、requi(443)、requi(667)和requi(748)分别是中心波长为412、443、667和748nm的遥感波段的等效反射率。
本实施例中DOC遥感反演模型采用Chen等2003年针对珠江口研究的DOC遥感反演模型(Chen Chuqun,Shi Ping,Zhan Haigang.2003.A local algorithm for estimationof yellow substance(gelbstoff)in coastal waters from SeaWiFS data:Pearl Riverestuary,China.International Journal of Remote Sensing,24(5):1171-1176.)。
(2)基于有色溶解有机物浓度与水体盐度的关系式，计算河口不同区域的水表盐度，本实施例中基于珠江入海口实测的有色溶解有机物浓度与水体盐度拟合关系式如下；
y＝0.7912-0.0191x(N＝93，R2＝0.85,p<0.01) (3)
式中，y为盐度，x为反演获取的有色溶解有机物浓度，N为样本数；
(3)如图2所示，在河流和海水两端元水团混合的情况下，通过遥感数据反演获得珠江口两个子区域A和B的水表盐度(SA和SB)和溶解有机碳浓度(DOCA和DOCB)。构建溶解有机碳浓度与水体盐度的关系式，计算获取河水端元(盐度为0)的入海有效DOC浓度(Ce)，如式(4)所示。
Ce＝((DOCA-DOCB)×SA)/(SB-SA)+DOCA (4)
(4)获取河流水文站测量的水流量，基于河流淡水端元的入海有效溶解有机碳浓度和水流量计算得到某一段时间内的河流入海有效溶解有机碳通量。
入海有效DOC浓度Ce乘以水流量即可以计算得到溶解有机碳有效入海通量。由珠江最下游水文站的日监测数据可以得珠江输运进入珠江口的水流量，但水文站与入海口存在一定距离，且流量日变化特征明显。为了避免日入海水流量估算不准而导致溶解有机碳通量估算不准，本方法估算以月为单位，估算月尺度的珠江溶解有机碳有效入海通量，这样也可以避免使用日尺度遥感因数据缺失、噪声等问题而影响估算。

Claims (3)

1.一种河流溶解有机碳有效入海通量的遥感估算方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）获取河口冲淡水区的遥感数据，基于遥感数据计算河口冲淡水区表层的有色溶解有机物和溶解有机碳的浓度；
其中，针对浑浊河口的冲淡水区，基于下式进行有色溶解有机物的遥感反演：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
(1)
式中，r equi(412)、r equi(443)、r equi(667)和r equi(748)分别是中心波长为412、443、667和748 nm的遥感波段的等效反射率；a CDOM(400)表征CDOM含量，用有色溶解有机物浓度在400nm的吸收系数表示；a、b和c是模型拟合参数；
（2）构建有色溶解有机物浓度与水体盐度的关系式，计算河口不同区域的水表盐度；
在河流和海水两端元水团混合的情况下，通过遥感数据反演获得珠江口两个子区域A和B的水表盐度S A和S B和溶解有机碳浓度DOC A和DOC B；构建溶解有机碳浓度与水体盐度的关系式，计算获取河水端元的入海有效DOC浓度C e，如式(4)所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
(4)
C e为河流淡水端元的入海有效溶解有机碳浓度；S A和S B分别为子区域A和B的水表盐度；DOC A和DOC B分别为子区域A和B的溶解有机碳浓度；
（3）构建溶解有机碳浓度与水体盐度的关系式，计算盐度为零情况下的溶解有机碳浓度，即河流淡水端元的入海有效溶解有机碳浓度；
（4）获取河流水文站测量的水流量，基于河流淡水端元的入海有效溶解有机碳浓度和水流量计算得到某一段时间内的河流入海有效溶解有机碳通量。
2.根据权利要求1所述的一种河流溶解有机碳有效入海通量的遥感估算方法，其特征在于，所述步骤（2）中，有色溶解有机物浓度与水体盐度的关系式如下：
y=0.7912-0.0191x N=93，R2=0.85, p<0.01 (3)
式中，y为盐度，x为步骤（1）中反演获取的有色溶解有机物浓度，N为样本数。
3.根据权利要求1所述的一种河流溶解有机碳有效入海通量的遥感估算方法，其特征在于，所述步骤（4）中，按月获取河流水文站测量的水流量，估算月尺度的河流入海有效溶解有机碳通量。
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