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星载激光雷达和高分辨率光学卫星影像联合反演浅海底质反射率
上传时间:2022-03-09 12:32:00 浏览次数:作者与来源:admin
近日,我室硕士研究生王雨馨在遥感领域顶级期刊Remote Sensing of Environment上发表了题为“Satellite retrieval of benthic reflectance by combining lidar and passive high-resolution imagery: Case-I water”的研究论文,通讯作者为我室何贤强研究员。
 
在全球变暖背景下,珊瑚礁、海草床等浅海生态系统的健康状况越来越受到广泛关注,卫星遥感是大范围、长时序监测浅海生态系统健康的重要手段。传统基于被动高空间分辨率多光谱、高光谱光学卫星影像反演浅海底质光谱反射率,由于需要同时反演水深、水体光学特性、底质反射率,未知数多、不确定性较大。主动星载激光雷达卫星可以有效探测清洁海域浅海水深和水下光衰减系数,但由于目前仅有一个可见光通道,无法获得多光谱、高光谱的底质反射率。因此,仅从主动或被动遥感中准确反演底质光谱反射率还存在一定困难。
 
针对该问题,本文提出了一种无需水深、水体光学特性先验知识的联合主动星载激光雷达和被动高空间分辨率卫星影像的浅海底质光谱反射率半解析遥感模型。基于两流水下辐射传输理论,建立了底质反射率与遥感反射率、纯水柱反射率、水体漫衰减系数和水深的理论关系,构建了水柱反射率查找表。进一步实现了可实际应用于卫星数据的底质光谱反射率反演算法,基本流程(图1):1)基于被动高分辨率卫星影像反演获得各波段水面遥感反射率;2)基于激光雷达获得水深及532nm水体漫衰减系数;3)基于532nm水体漫衰减系数估算水体叶绿素浓度;4)利用叶绿素浓度,估算各波段水体漫衰减系数;5)基于水深、各波段水体漫衰减系数、各波段纯水柱反射率及水面遥感反射率,利用建立的半解析模型,反演得到沿轨的各波段底质反射率。

利用Hydrolight模拟数据集对模型进行精度验证,证明在典型清洁浅水环境下,反演结果与真实底质反射率之间的相关系数可达到0.9以上。此外,论文分别基于星载激光雷达ICESat-2与高分辨率多光谱卫星Sentinel-2、国产高光谱卫星珠海一号,对海南陵水海草床与南海华光礁进行了底质光谱反射率反演,结果表明算法可有效反演海草、珊瑚礁底质光谱反射率。
 
该算法充分利用主被动遥感的各自优势,实行了两种探测方式的融合应用,为发展光学主被动一体化探测卫星提供了科学依据。同时,该算法对全球浅海底栖生态环境健康状况监测与碳储量估算等均有重要意义。
 
图1. 底质反射率反演算法流程图
引用:
 
Wang, Y., He, X., Bai, Y., Wang, D., Zhu, Q., Gong, F., Yang, D., Li, T., 2022. Satellite retrieval of benthic reflectance by combining lidar and passive high-resolution imagery: Case-I water. Remote Sensing of Environment 272, 112955. https://doi.org/10.1016/j.rse.2022.112955