第30卷，第11期 2010年11月
光谱学与光谱分析 Speetroscopy and Spectral Analysis
基于光谱匹配的内陆水体反演算法
硕1.2，王世新1*，周杨
蜂1.2
艺1，阎福礼1，王
1中国科学院遥感应用研究所逐感科学国家重点实验室，北京100101 2.中国科学院研究生院，北京100049
Vol. 30, No. 11.pp3056-3060 November，2010
摘要提出了一种新的基于光谱匹配的内陆水体反演算法。该方法首先使用已知的水面实测光谱和水体组分(叶绿索，悬浮物，黄色物质)的吸收系数，计算得到悬浮物的后向散射系数，第二步是通过水体组分浓度的交义组合，利用生物光学模型计算光谱反射率，建立包含所有水体组分组合情况的查找表（LUT：1ook uptable)，查找表中每条光谱都对应已知的三种水体组分的浓度。第三步利用MODIS的通道响应函数，把查找表光谱数据变换成MODIS波段反射率。检验查找表的适用性，使用验证数据基于最小距离的匹配原则进行查找，最后得到与之对应的一种水质参数。利用春秋两个季节的数据进行以上的研究，其中秋季建立的查找表代表性较好，其中叶绿素的平均相对误差为38.6%，悬浮物的平均相对误差为28%。本方法既结合
了生物光学模型物理意义明确的优点，又回避了单位光学量随时空变化的缺点，是一种可行的方法。关键词生物光学模型；查找表；MODIS；光谱匹配
中图分类号：TP79
引言
文献标识码：A
D0l: 10.3964/j.issn.1000-0593(2010)11-3056-05
回避常规的生物光学模型反演时难以确定单位周有光学量的困难，使用实测的固有光学量的交叉组合，形成对应三种水质参数组合(叶绿素，悬浮物，黄色物质)的光谱查找表，通
涨感技术作为一种水环境调查和监测手段，具有监测范围广、速度快、成本低和便于进行长期动态监测等优势，日益受到人们的重视"3)，目前内陆水体反演中最常用的方法有经验统计方法，半经验方法，生物光学模型等。经验统计模型的建立是运用统计回归的方法获得4)，如比值法，差值法等。经验方法应用简便，但模型具有很强的区域性，通用性较差。半经验方法是将先验知识融人到统计分析中的一种
方法，如三
段方法3]，半分析方法形式上与经验统计方法
，通用性较差。生物
微，教多服低税微费的效，
光学模型是基于辐射传输理论，建立的水体表观光学量和固有光学量的关系模型。生物光学模型具有较好的物理基础。目前在内陆水体水质反演研究中较多使用的方法大多是基于单位固有光学量稳定的前提]，面单位固有光学量随时空变化恰恰是内陆水体的特点，导致月前生物光学模型方法的实用性不强，不能够真正提高监测精度。
本文提出了一种基于光谱匹配的内陆水体反演方法，既可以利用生物光学模型有较好理论基础的优点，同时也可以收稿日期：2010-02-26，修订日期：2010-05-28
过同时相的数据验证了查找表的普适性。最后使用MODIS 的8个波段(1，3，4，8，9，10，11，12)，验证了查找表方法使用MODIS数据进行反演的可行性。
数据获取和分析
本文的研究区城太湖位于长江三角洲南部，是我国第三大淡水湖。作者所在的实验室从2003年至今共进行了多次野外水面实验，本文的研究工作主要基于春秋两个季节共西期数据，其中属于春季的数据为2004年4月和2009年3月所进行的实验数据，属于秋季的数据为2003年10月和2007
年11月所进行的实验数据。 1.1
野外测量
在前文提到的四期实验中，在每个样点分别进行水样采集和表观光学量的现场测量。其中水面光谱测量使用ASD FieldSpe光谱辐射仪，采用"水面以.上法")进行测量。在实验室后期分析中，化验水样得到了叶绿素，悬浮物和黄色物
基金项目：中国科学院重大交义项日（KZCXI-YW-14-2)，国家白然科学基金项月（40701126，40671141)，环境一号卫星水体水质标准产品研
究项月(2008A01A1200)和中国科学院知识创新工程青年人才领域前沿项日资助
作者简介：杨硕，1983年生，中国科学院逐感应用研究所在读博士生
*通讯联系人
万方数据
e-mail, wsx@irss, ac, cn
e-mail; breadys@163, com