基于GOCI遥感产品的杭州湾近岸水域悬浮颗粒物浓度无缝反演算法适用性验证研究文献综述
摘 要：随着经济社会的发展，杭州湾因其具有丰富的港口航道、滩涂及水产等资源，经济战略地位越发凸显。且该水域水质作为典型的二类水体，具有潮大、流急、含沙量高等特点。这也是目前水色遥感研究中的重点和难点，因此对于利用GOCI影像进行水体遥感反射率反演成为了当前热点研究的问题之一。本文主要对国内外水体遥感反射率研究发展进行了综述。通过对GOCI水体遥感反演相关研究的概览，总结了目前主要的GOCI产品水质参数的算法。并且根据相关文献总结了目前研究中存在的不足。
关键词：GOCI；遥感反射率；水质参数算法；大气校正
引言
杭州湾位于浙江省北部，港口航道、滩涂及水产资源丰富。上海、宁波等经济开发区环绕南北，经济开发利用价值巨大[1]。杭州湾地形特殊，具有潮大、流急、含沙量高等特点，而高浓度含沙水体对港口影响巨大。因此，掌握杭州湾海区悬浮泥沙的变化规律，无疑对海区以后的工程决策、区域地形演变、沉积侵蚀速率有着重要意义[2]。Ⅱ类水体是水色遥感研究中的重点和难点，水体受浮游植物、悬浮物和黄色物质共同影响，水体集中于受人类活动影响较大的河口及近岸地区，与人类活动息息相关[3-4]。近些年来，为了更加深入地了解杭州湾悬浮泥沙运动规律等，很多学者以站点实测资料为基础，对该海域悬沙变化等问题进行了探索研究。然而，实践证明传统的大面积采样和实时观测花费巨大，获得的数据比较离散，且无法取得瞬时大面积同步信息；而卫星遥感具有覆盖面积大、多次重访的特点，可以很好地解决这一问题。卫星平台上搭载的遥感传感器通过接收水色物质的信号反演水体中各物质含量，进而实现对河口、近岸环境的大范围动态监测和研究，为人类生活及近岸发展提供可靠保障[5-7]，这也为该区域水体遥感反射率的相关研究提供了支撑。本文通过对国内外相关文献的整合，主要总结了国内外水体遥感反射率研究的发展历史、水质参数算法以及目前研究的不足三部分内容。
国内外水体遥感反射率研究发展历史
水色遥感器的发展始于1978年NASA成功发射的海岸带水色扫描仪CZCS，随后历经海洋宽视场观测仪SeaWiFS、中等分辨率成像光谱仪MODIS逐步完成了极轨卫星遥感器的发展，实现了从空间角度大范围的观测海洋环境。
第一颗极轨水色卫星CZCS主要应用于探测Ⅰ类水体，用来检验水色遥感卫星识别和量化悬浮及溶解于海水中物质的能力，于星下点39°进行扫描，水色波段3个（波段中心分别为 443 nm、520 nm 和 550 nm），数量化级数为8 bit，光谱分辨率和辐射灵敏度相对较低[3,8]，在实际应用中逐渐暴露出了极大的局限性。但CZCS首次实现了从空间角度观测海洋水色的工作研究，此后各国海洋水色遥感器的改进均以CZCS为雏形[9]。
搭载在第二代水色卫星SeaStar上的遥感器SeaWiFS相较于前期遥感器而言更适合水色遥感研究，多方面补充了CZCS的数据集，于星下点53.8°进行扫描，波段增加至8个，另附4个可选择增益，数量化级数提升至10 bit，具有低噪声、高精度、波段优化配置等特点，为日后的海洋水色研究工作打下基础[10]。
Terra和Aqua卫星上搭载的MODIS被视为SeaWiFS的接替者，分别于上、下午从北到南穿越赤道，重访周期为1～2d，波段增至36个，其中波段13和14可进行两种增益(高、低)获取工作，数量化级数提升至12 bit，于星下点55°进行扫描，与同期发展的一系列中等分辨率遥感器如MER-IS(16 bit) 等共同开辟了第三代水色遥感器的新局面[4,11]。
目前，极轨卫星数据已经在我国沿海、河口等海域的悬浮泥沙含量监测中有了比较广泛的应用，如刘志国[12]利用EOSMODIS、NOAAAVHRR、LandsatTM等数据进行了长江口泥沙含量反演；陈夏法[1]利用 NOAA 卫星影像对杭州湾悬浮泥沙进行了多实相的遥感分析；陈鸣等[26]利用 Landsat 和 NOAA 遥感资料联合监测了杭州湾的悬浮泥沙；FENG 等[13]利用2000~2010年间MODIS泥沙含量数据分析了三峡大坝建成后对长江口水环境的影响；CHEN等[14]对HJ-1ACCD3波段数据采用半分析模型进行近岸高泥沙含量反演；MENG等[15]基于Enviflaash模块对HJ-1A/B卫星进行大气校正，从而获得了杭州湾泥沙含量；SHEN等[16]基于半经验传输模型采用MERIS反演长江口的悬浮泥沙含量。
因此，就现况而言，极地轨道卫星的发展已经比较成熟了。但是受到时间分辨率等因素的限制，很多监测工作不能做到尽善尽美，这要求遥感监测方面更多新的技术支持和创新以完善研究工作。GOCI作为地球静止气象卫星上搭载的第一颗面向气象服务和海洋监测研究的水色遥感器开辟了水色遥感研究的新时期。GOCI卫星可获取８个波段的遥感物理量，覆盖可见光波段到近红外波段（中心波长分别为412，443，490，555，660，680，745，865nm）。其空间分辨率为500m，时间分辨率高达1h，每天可获取８幅遥感影像（00:15-07:15GMT）[17]。和目前在轨运行的卫星传感器相比，GOCI所具备的高时空分辨率等特点具有以往其他传感器不可比拟的优越性，显然能够提供更多精确的数据及水色产品，更适合海洋监测研究。
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