基于GOCI 靜止水色衛(wèi)星數(shù)據(jù)的長(zhǎng)江口及鄰近海域Kd（490）遙感反演及其在機(jī)載激光測(cè)深預(yù)評(píng)估中的應(yīng)用

陳嘉星，張霄宇，2，3*，黃國(guó)容， 孫 杰

（1.浙江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州310027；2.浙江省海洋觀測(cè)—成像試驗(yàn)區(qū)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 舟山 316000；3.浙江大學(xué) 海洋研究院，浙江 舟山 31600；4.上海衛(wèi)星工程研究所，上海 201109）

長(zhǎng)江是我國(guó)的第一大河流，每年輸入東海的懸浮泥沙含量可達(dá)1.81 億t（據(jù)大通站2000-2011 年輸沙量資料）[1]，巨量的懸浮泥沙在口門堆積，造成長(zhǎng)江口水下三角洲地形地貌的不停發(fā)展和演變，對(duì)于河口生態(tài)環(huán)境、航道安全、近岸工程等都具有重要意義。近年來(lái)，機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)的興起為在河口近岸、島礁以及船只無(wú)法到達(dá)的水域開(kāi)展測(cè)深提供了新的解決方案。激光雷達(dá)同時(shí)具有受水深影響小、測(cè)量精度高、覆蓋面廣、測(cè)量周期短、測(cè)點(diǎn)密度大等優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)存在著航空管制、費(fèi)用昂貴等問(wèn)題。因此，開(kāi)展激光雷達(dá)測(cè)深的可行性預(yù)評(píng)估對(duì)于有效開(kāi)展激光雷達(dá)測(cè)深具有重要意義。

然而，長(zhǎng)江口水動(dòng)力環(huán)境復(fù)雜，浮游植物旺發(fā)，造成了長(zhǎng)江口復(fù)雜的水下光學(xué)場(chǎng)，給激光雷達(dá)的水下地形地貌探測(cè)帶來(lái)很大的不確定因素。因此，利用衛(wèi)星遙感的大面積快速觀測(cè)能力，采用水體漫衰減系數(shù)Kd開(kāi)展水下光場(chǎng)預(yù)評(píng)估，可為航空激光雷達(dá)測(cè)深提供先驗(yàn)知識(shí)。丁凱等[2]采用MODIS 的Kd(490)產(chǎn)品開(kāi)展了對(duì)南海北部區(qū)域機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)深的可行性評(píng)估，并指出了開(kāi)展機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)深的合理化時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

水體漫衰減系數(shù)Kd是表征透射進(jìn)入海水中的光能在海水及其懸浮物質(zhì)的吸收作用和散射作用下，其下行輻照度隨海水深度的增加而呈指數(shù)衰減的性質(zhì)，水體漫衰減系數(shù)常用于估算水體深度、水體透明度以及真光層深度[3-11]。但是不同時(shí)間、不同區(qū)域水體的漫衰減系數(shù)呈現(xiàn)出一定的時(shí)空差異性，因此，選擇合適的水體漫衰減系數(shù)反演模型是獲得準(zhǔn)確漫衰減系數(shù)的必要前提，也有助于深入研究水體的光學(xué)特征、光學(xué)類型及其對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的影響。

目前，已有不少學(xué)者針對(duì)長(zhǎng)江口水體組分特征及其與吸收、散射之間的關(guān)系進(jìn)行了大量研究，對(duì)長(zhǎng)江口水體漫衰減系數(shù)的特性及其影響因素有了比較深入的理解，并以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建了不同類型的漫衰減系數(shù)反演模型。如，王曉梅等[8]針對(duì)黃東海二類水體，利用490 nm、550 nm、670 nm 處的遙感反射比，建立了遙感反射比和漫衰減系數(shù)之間的經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)關(guān)系，并利用同年春季實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，并指出該模型對(duì)季節(jié)變化具有較好的適應(yīng)性。吳婷婷等[9]根據(jù)黃東海及珠江口附近海域的實(shí)測(cè)水下光譜剖面數(shù)據(jù)，研究發(fā)現(xiàn)漫衰減系數(shù)與光譜比值Rrs(555)/Rrs(490)存在分段線性關(guān)系，經(jīng)相關(guān)性分析后加入665 nm 處遙感反射比，建立了分波段的Kd(490)反演算法。陳雨等[10]利用2012 年和2013 年冬季長(zhǎng)江口鄰近海域的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)漫衰減系數(shù)光譜特征、主要影響因子及空間分布進(jìn)行分析，選取510 nm、590 nm、670 nm 處的遙感反射率建立了長(zhǎng)江口冬季Kd(490)反演模型，并由此構(gòu)建了長(zhǎng)江口Kd(490)和Kd(PAR)的關(guān)系。Yu Xiaolong 等[11]利用2013 年3 月長(zhǎng)江口現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)雙色模型進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化改進(jìn)。因此，目前針對(duì)長(zhǎng)江口漫衰減系數(shù)的反演算法較多，主要方法是基于船點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)展相關(guān)敏感波段之間的關(guān)聯(lián)分析。從應(yīng)用角度來(lái)看，主要側(cè)重于對(duì)長(zhǎng)江口年度、季節(jié)變化特征和差異分析，由于構(gòu)建模型采用數(shù)據(jù)集不同，使得不同的模型在應(yīng)用上均有一定的局限性，且受衛(wèi)星觀測(cè)時(shí)像的影響，目前采用高時(shí)相衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行大面積、動(dòng)態(tài)的長(zhǎng)江口漫衰減系數(shù)的日變化研究還相對(duì)較少。

有鑒于此，本次研究采用世界上第一顆靜止水色衛(wèi)星COMS（Communication Ocean and Meteorological Satellite）/GOCI（Geostationary Ocean Color Imager）為數(shù)據(jù)源，采用ENVI 自帶的QUAC 方法，進(jìn)行以下4 方面的研究：（1）選擇目前研究區(qū)域已經(jīng)采用的多種反演模型進(jìn)行反演，從水體的性質(zhì)對(duì)算法的適用性進(jìn)行分析評(píng)估，選擇適用于長(zhǎng)江口的Kd(490)反演模型進(jìn)行反演；（2）分析研究區(qū)域先漲潮再退潮期間Kd(490)的時(shí)空變化特征，并對(duì)其影響因素進(jìn)行分析；（3）分析研究區(qū)域Kd(490)的季節(jié)變化特征，并對(duì)其影響因素進(jìn)行分析；（4）基于Kd(490)的季節(jié)變化特征和潮汐變化特征，開(kāi)展在長(zhǎng)江口機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)深能力評(píng)估。研究將系統(tǒng)地揭示長(zhǎng)江口漫衰減系數(shù)的時(shí)空變化規(guī)律，對(duì)于精確反演透明度等水體光學(xué)參數(shù)具有重要意義，同時(shí)也為機(jī)載激光雷達(dá)測(cè)深提供背景信息。

1 研究區(qū)域

1.1 概況

長(zhǎng)江口呈喇叭狀向入?？谡归_(kāi)，窄口端寬度遠(yuǎn)小于寬口江面寬度。距今2000 年伊始，長(zhǎng)江河口南岸逐漸向海推進(jìn)，河口北岸的部分沙島相繼并岸，口門寬度遂逐漸減小，河槽逐年加深，主槽向南偏，逐漸演變?yōu)槎嗉?jí)分汊的三角洲河口。自1998 年以來(lái)，隨著長(zhǎng)江口北槽深水航道整治工程的建設(shè)，長(zhǎng)江河口依托實(shí)體工程，以長(zhǎng)堤的方式向海突出[12]。近年來(lái)，受長(zhǎng)江口流域生態(tài)治理和三峽筑壩工程的影響，長(zhǎng)江沖淡水流量、攜沙量均呈現(xiàn)出逐年降低的趨勢(shì)，同時(shí)長(zhǎng)江口水下三角洲已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的補(bǔ)償沖刷現(xiàn)象，因此，動(dòng)態(tài)觀測(cè)長(zhǎng)江口水深變化，對(duì)于研究自然和人類雙重影響下長(zhǎng)江口水下地形地貌的發(fā)展和演化及其生態(tài)環(huán)境等方面均具有重要意義。研究區(qū)域遙感影像來(lái)源于http://kosc.kordi.re.kr，如圖1 所示。

圖1 研究區(qū)域遙感影像圖

1.2 水動(dòng)力條件及泥沙輸運(yùn)

長(zhǎng)江口口外海域受蘇北沿岸流、江浙沿岸流和臺(tái)灣暖流的共同影響，存在著明顯的季節(jié)差異。夏季，長(zhǎng)江沖淡水流量大，在臺(tái)灣暖流擠壓下可向東甚至東北方向抵達(dá)達(dá)濟(jì)州島附近。冬季，長(zhǎng)江沖淡水流量小，主軸流向?yàn)闁|南方向，只能由長(zhǎng)江口到達(dá)杭州灣北部[13-14]。

長(zhǎng)江口水富沙豐，大量泥沙自長(zhǎng)江口入海，導(dǎo)致海岸帶水體懸浮顆粒物濃度較高，陸域輸入溶解有機(jī)物質(zhì)豐富，加上浮游植物生長(zhǎng)繁盛，導(dǎo)致水體光學(xué)特征復(fù)雜，是典型的二類水體[15]。長(zhǎng)江口自徐六涇以下至杭州灣，潮流作用逐漸增強(qiáng)，徑流作用逐漸減弱，懸浮泥沙濃度呈現(xiàn)不斷增加的趨勢(shì)。風(fēng)浪、潮流沖刷引起的泥沙再懸浮，是長(zhǎng)江口外懸浮泥沙濃度急劇增高的主要原因。懸浮泥沙濃度存在明顯的季節(jié)差異，口門及口外夏低冬高，口內(nèi)夏高冬低[16]。

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)

2010 年，韓國(guó)發(fā)射了世界上第一顆地球靜止氣象衛(wèi)星COMS，GOCI 為其上搭載的水色遙感器，波段設(shè)置為可見(jiàn)光到近紅外共8 個(gè)波段，如表1 所示。時(shí)間分辨率可達(dá)1 h，每天可提供目標(biāo)區(qū)域共8 個(gè)時(shí)間段（8:00-15:00）的觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)以韓國(guó)為中心包括韓國(guó)、俄羅斯、日本、朝鮮及中國(guó)約6.35×106km2的目標(biāo)區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[17]。由于其較高的時(shí)間分辨率，減少了云層遮擋造成的誤差與數(shù)據(jù)缺失的概率，對(duì)日間動(dòng)態(tài)觀測(cè)海洋和監(jiān)測(cè)海洋突發(fā)事件具有突破意義。經(jīng)過(guò)篩選，用于潮汐變化研究的數(shù)據(jù)共選取8 景，為2015 年8 月2 日的全天數(shù)據(jù)；用于季節(jié)變化研究的數(shù)據(jù)共選取4 景，拍攝時(shí)間如下：2015 年1 月19 日13:28；2015 年4 月21 日12:28；2015 年8 月2 日15:28；2015 年10 月11 日13:28。

表1 GOCI 波段及參數(shù)信息

2.2 Kd（490）遙感反演算法適用性分析

國(guó)內(nèi)外已有眾多學(xué)者就漫衰減系數(shù)反演算法進(jìn)行了大量研究，對(duì)比不同學(xué)者提出的Kd(490)反演模型，主要包括半分析算法和經(jīng)驗(yàn)算法，如表2 所示。

半分析算法考慮輻射傳輸過(guò)程，加入吸收系數(shù)、后向散射系數(shù)等固有光學(xué)參量。如Lee 等[18-20]基于生物光學(xué)模型提出的QAA 半分析算法，此算法具有一定的普適性，但模型引入的參數(shù)較多且難以獲得；Wang 等[21]針對(duì)切薩皮克灣提出的半分析算法，此算法可用于二類水體，但模型引入的固有光學(xué)量較難測(cè)量。

經(jīng)驗(yàn)算法直接建立漫衰減系數(shù)與遙感反射比等表觀光學(xué)量之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)系，如針對(duì)大洋一類水體，Austin 等[22]針對(duì)海岸帶水色掃描儀CZCS 數(shù)據(jù)提出的經(jīng)驗(yàn)算法，Mueller 等[23]針對(duì)第二代水色傳感器SeaWiFS 提出的經(jīng)驗(yàn)算法，這些算法主要是根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立Kd(490)和藍(lán)綠波段（443 nm、550 nm）的離水輻亮度比值之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系；針對(duì)近岸二類水體以及內(nèi)陸富營(yíng)養(yǎng)化水體的算法，金鑫等[24]采用2009 年6 月的巢湖水體的光譜數(shù)據(jù)、水質(zhì)參數(shù)、上行輻亮度和下行輻亮度等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析水體漫衰減系數(shù)光譜特征，建立了Kd(490)的多元線性回歸模型。Moon J E 等[25]通過(guò)對(duì)比原位船載數(shù)據(jù)和GOCI衛(wèi)星數(shù)據(jù)，認(rèn)為在近岸高濁度海域，漫衰減系數(shù)與421 nm 和443 nm 處的遙感反射率Rrs的相關(guān)性較低，與490～865 nm 之間的遙感反射率Rrs的相關(guān)性較高。

另外還有，王曉梅等[8]、崔廷偉等[26]、吳婷婷等[9]、陳雨等[10]提出的經(jīng)驗(yàn)算法，這些算法除了考慮到藍(lán)綠波段的遙感發(fā)射率比值與Kd(490)之間的相關(guān)關(guān)系，同時(shí)引入紅或黃波段的遙感反射率，這更加符合二類水體的特點(diǎn)。

表2 漫衰減系數(shù)的反演算法

考慮到長(zhǎng)江口水體的渾濁特性：口內(nèi)大部分水域的懸浮泥沙濃度在400～600 mg/L，高值區(qū)在鎮(zhèn)海海域岸邊可達(dá)1 000 mg/L，最低值10 mg/L 以下[27-28]，且漫衰減系數(shù)與GOCI 波段中490～865 nm 之間的遙感反射率具有更高相關(guān)性的特點(diǎn)，因此本文選取吳婷婷等[9]提出的分段式漫衰減系數(shù)反演算法進(jìn)行了長(zhǎng)江口海域漫衰減系數(shù)的反演。

2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

實(shí)驗(yàn)操作主要通過(guò)軟件ENVI （ITT Visual Information Solutions 公司，5.3）和GDPS（GOCI Data Processing System，韓國(guó)衛(wèi)星中心研發(fā)的GOCI 衛(wèi)星配套的圖像處理軟件）進(jìn)行，由于ENVI 目前還不能處理GOCI 提供的he5 格式的數(shù)據(jù)，所以采用GDPS將he5 格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ENVI 可處理的img 格式的數(shù)據(jù)。

GDPS（GOCI Data Processing System，韓國(guó)衛(wèi)星中心研發(fā)的GOCI 衛(wèi)星配套的圖像處理軟件）采用的大氣校正算法是基于SSMM[29]改進(jìn)的，在二類水體海域會(huì)出現(xiàn)過(guò)矯正，因此不適合應(yīng)用于長(zhǎng)江口鄰近海域。ENVI 自帶的快速大氣校正QUAC（Quick Atmosphere Correction）則是一種不需要配套信息的大氣校正方法[30-31]，不需要考慮太陽(yáng)天頂角、衛(wèi)星的天頂角等光譜參數(shù)及大氣氣溶膠的厚度、當(dāng)天的風(fēng)速等氣候?qū)W信息，而是基于圖像自身的數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行校正，即根據(jù)波段的中心波長(zhǎng)信息自動(dòng)從影像上收集不同物質(zhì)的波譜信息，獲得經(jīng)驗(yàn)值從而完成快速大氣校正。江彬彬等[27]將經(jīng)QUAC 校正后的GOCI不同波段上的歸一化離水輻射率的變化趨勢(shì)與He等[32]采用紫外光譜校正方法以及實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較分析，GOCI 不同波段上的歸一化離水輻射率的變化趨勢(shì)與實(shí)測(cè)值一致，發(fā)現(xiàn)在490 nm、555 nm 處略小于實(shí)測(cè)值，但比值變化不大，在680 nm、745 nm 處略大于實(shí)測(cè)值，因此采用以490 nm、555 nm 處遙感反射比比值為界的分段式Kd(490)反演算法可能會(huì)造成低比值區(qū)Kd(490) 反演值偏低，高比值區(qū)Kd(490)反演值偏高，造成激光測(cè)深系統(tǒng)可探測(cè)深度近岸偏淺、遠(yuǎn)岸偏深。綜合考慮運(yùn)行效率以及作為激光測(cè)深的預(yù)評(píng)估的精度要求，本次研究最終采用了QUAC 法進(jìn)行GOCI 遙感影像的大氣快速校正處理。

除轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)格式外，反演前處理還包括圖像裁剪、快速大氣校正、求地表反射率、NDWI 法提取掩膜，以便進(jìn)行隨后的漫衰減系數(shù)反演和激光雷達(dá)測(cè)深能力預(yù)評(píng)估。

2.4 激光測(cè)深系統(tǒng)測(cè)深能力評(píng)估方法

我國(guó)近岸水體以二類水體為主，考慮到加拿大Optech 公司研制的CZMIL（Coastal Zone Mapping and Imaging Lidar）系統(tǒng)[33]專門針對(duì)渾濁濁水體研發(fā)了濁水處理算法模塊（HydroFusion Turbid Water Module）。故本次研究選取CZMIL 系統(tǒng)的Kd(532)與最大測(cè)深之間的關(guān)系為例進(jìn)行測(cè)深評(píng)估。

據(jù)文獻(xiàn)[33-34]，CZMIL 系統(tǒng)在海道測(cè)量模式下（白天），當(dāng)?shù)撞糠瓷渎蚀笥?5%時(shí)，單脈沖最大測(cè)深深度Dmax（單位為m）與532 nm 處漫衰減系數(shù)Kd(532)（單位為m-1）之間的關(guān)系可近似為：

從式(1)可知，評(píng)估CZMIL 系統(tǒng)測(cè)深能力的漫衰減系數(shù)為Kd(532)，而我們反演得到的漫衰減系數(shù)為Kd(490)，故需將Kd(490)轉(zhuǎn)換為Kd(532)。

CZMIL 系統(tǒng)采用Nd：YAG 激光器，其中用于探測(cè)水底信息的激光為藍(lán)綠波段，波長(zhǎng)為532 nm，該波段激光具有較強(qiáng)的穿透海水能力。因此分析CZMIL 的測(cè)深能力，首先要獲得該波段處的漫衰減系數(shù)Kd(532)。當(dāng)前國(guó)際上水色遙感的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品是Kd(490)，故需要將Kd(490)轉(zhuǎn)化為Kd(532)。根據(jù)陳雨等[35]關(guān)于長(zhǎng)江口漫衰減系數(shù)的研究結(jié)果，400～700 nm波段范圍內(nèi)其他波段的漫衰減系數(shù)與Kd(490)的相關(guān)性在0.97 以上，故此波段內(nèi)的漫衰減系數(shù)可以通過(guò)Kd(490)轉(zhuǎn)化得到，兩者之間的關(guān)系可以表示為：

式中：k(λ)=1.158×10-5λ2-0.01561×λ+5.8573；b(λ)=1.408×10-5λ2-0.01363×λ+3.3054。

由此，532 nm 處的漫衰減系數(shù)與490 nm 處的漫衰減系數(shù)之間的關(guān)系為：

3 結(jié)果和討論

3.1 長(zhǎng)江口Kd(490)的日變化

3.1.1 長(zhǎng)江口Kd(490)的日變化分布特征 對(duì)2015年8 月2 日的8 景GOCI 遙感影像進(jìn)行長(zhǎng)江口及其鄰近海域的Kd(490)日變化特征分析，結(jié)果顯示如圖2?？傮w來(lái)看，每個(gè)潮位的Kd(490)最高值均在舟山本

島附近，最高值在（2.8±0.2）m-1，最低值在舟山本島的南東側(cè)東海海域，最低值基本穩(wěn)定在（0.10±0.02）m-1。從河口到海，隨著離岸距離的增大，基本呈現(xiàn)出先增大再減小的趨勢(shì)。

圖2 2015 年8 月2 日全天長(zhǎng)江口及鄰近海域Kd(490)反演

本文選取的2015 年8 月2 日的8 景影像在拍攝時(shí)間內(nèi)處于先漲潮再退潮期間。漲潮期間，長(zhǎng)江口和杭州灣的水流方向近于SE-NW；退潮期間，長(zhǎng)江口和杭州灣的水流方向近于NW-SE。漲潮期間，長(zhǎng)江口及其鄰近海域的Kd(490)值總體呈現(xiàn)逐漸增大的變化趨勢(shì)。退潮期間，長(zhǎng)江口及其鄰近海域的Kd(490)值總體呈現(xiàn)逐漸減小的變化趨勢(shì)。

結(jié)合表3 及長(zhǎng)江口懸浮泥沙濃度日變化的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析[27]，長(zhǎng)江口的漫衰減系數(shù)與其他渾濁的河口二類水體的漫衰減系數(shù)相當(dāng)，并且其主要影響因素均為懸浮物。3.1.2 長(zhǎng)江口Kd(490)日變化分布特征的影響因素分析 如圖2 所示，Kd(490)反演值分布圖表明：Kd(490)值隨著離岸距離的增大呈現(xiàn)出先增大再減小的趨勢(shì)，這與研究區(qū)域內(nèi)懸浮泥沙濃度分布規(guī)律[27]基本吻合，舟山島附近出現(xiàn)了漫衰減系數(shù)Kd(490)的最大值（2.8±0.2）m-1，此處懸浮泥沙濃度最大，這從側(cè)面說(shuō)明了懸浮泥沙是Kd(490)的較大影響因素之一。

表3 其他水體的Kd(490)分布

漲潮期間，長(zhǎng)江口和杭州灣的水流方向近于SE-NW；退潮期間，長(zhǎng)江口和杭州灣的水流方向近于NW-SE，初期杭州灣內(nèi)漫衰減系數(shù)Kd(490)值空間變化相對(duì)較小，但隨著潮水逐漸退潮，漫衰減系數(shù)Kd(490)高值區(qū)沿著杭州灣頂逐漸由灣內(nèi)轉(zhuǎn)移到舟山本島上，這與研究區(qū)域內(nèi)懸浮泥沙濃度在落潮期間的變化規(guī)律[27]很相似，因此有理由認(rèn)為潮水的潮位通過(guò)影響長(zhǎng)江口及其鄰近海域的懸浮泥沙濃度日變化，進(jìn)而影響漫衰減系數(shù)Kd(490)的日變化。

3.2 長(zhǎng)江口Kd(490)的季節(jié)變化

以往有關(guān)研究在采用遙感技術(shù)分析我國(guó)近岸漫衰減系數(shù)的季節(jié)變化時(shí)，常常采用月平均值對(duì)漫衰減系數(shù)的季節(jié)變化特征進(jìn)行研究，然而，一個(gè)潮周期內(nèi)可造成漫衰減系數(shù)的顯著變化，因此，采用月平均值無(wú)法對(duì)研究區(qū)域內(nèi)水動(dòng)力環(huán)境的動(dòng)蕩變化進(jìn)行精細(xì)描述。本次研究選取2015 年1 月19日、4 月21 日、8 月2 日、10 月11 日各一景共4 景GOCI 影像，這4 景影像的潮位相近，故而可以在相同潮位下研究長(zhǎng)江口及其鄰近海域的漫衰減系數(shù)分布和變化的特征及其影響因素，反演結(jié)果如圖3所示。

圖3 2015 年四季典型潮位長(zhǎng)江口及其鄰近海域Kd(490)反演

如圖3 所示，結(jié)果表明，長(zhǎng)江口及其鄰近海域Kd(490)值夏季（8 月）低于冬季（1 月），春季（4 月）和秋季（10 月）居中，這種變化特征與研究區(qū)域內(nèi)的季節(jié)性流量變化密切相關(guān)。8 月正值夏季，是長(zhǎng)江的豐水期，因此長(zhǎng)江沖淡水流量很大，長(zhǎng)江沖淡水?dāng)y帶著大量懸浮泥沙沖出長(zhǎng)江口外，這個(gè)流動(dòng)過(guò)程使得夏季水體中懸浮泥沙被稀釋導(dǎo)致其含量減小，而冬季長(zhǎng)江沖淡水流量減小，同時(shí)受季風(fēng)影響，底部沉積物有可能受到風(fēng)浪擾動(dòng)[13-14]，使得冬季水體中懸浮泥沙含量增大，長(zhǎng)江口懸浮泥沙含量與冬季相比較低，且相同區(qū)域的漫衰減系數(shù)Kd(490)值夏季較冬季[10]要小，因此可以認(rèn)為長(zhǎng)江沖淡水流量通過(guò)影響長(zhǎng)江口及其鄰近海域懸浮泥沙含量的季節(jié)性變化，進(jìn)而影響漫衰減系數(shù)Kd(490)的季節(jié)性變化。

3.3 激光測(cè)深預(yù)評(píng)估

首先，長(zhǎng)江口及其鄰近海域的Kd(490)值夏低冬高，春秋居中。因此，只需要選擇夏季和冬季的兩幅影像對(duì)CZMIL 測(cè)深能力進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估結(jié)果如圖4所示。

圖4 長(zhǎng)江口冬夏兩季測(cè)深能力空間分布

由圖4 可知，夏季較冬季更適合CZMIL 系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)深，長(zhǎng)江口及杭州灣灣內(nèi)水域可探測(cè)深度在約在5 m 以下，口外清潔水體可探測(cè)深度在22 m 左右，探測(cè)季節(jié)以夏季為宜。

長(zhǎng)江口及其鄰近海域的Kd(490)值總體呈現(xiàn)出隨潮位的增高而增大，隨潮位的減小而逐漸減小的變化趨勢(shì)。因此，只需選擇夏季潮位最高和退潮低潮位的兩幅影像對(duì)CZMIL 測(cè)深能力進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估結(jié)果如圖5 所示。

圖5 長(zhǎng)江口夏季最高潮位和退潮低潮位測(cè)深能力空間分布

將本次研究結(jié)果和李凱等[38]關(guān)于在黃海、東海區(qū)域采用CZMIL 系統(tǒng)開(kāi)展的測(cè)深能力評(píng)估等深線圖比對(duì)，基本一致：長(zhǎng)江口及其鄰近海域可探測(cè)深度在0～22 m 左右，長(zhǎng)江口及杭州灣內(nèi)可探測(cè)深度約在5 m 以下，口外清潔水體可探測(cè)深度在22 m左右，探測(cè)時(shí)間選擇退潮低潮位的時(shí)刻為宜。

4 結(jié)論

4.1 結(jié)論

（1）先漲潮后退潮期間，長(zhǎng)江口及其鄰近海域的Kd(490)值總體表現(xiàn)為先增大后減小，潮位是影響長(zhǎng)江口及其鄰近海域水體的Kd(490)值日變化的主要因素。

（2）結(jié)合長(zhǎng)江口的懸浮泥沙濃度日變化的研究，Kd(490)的分布規(guī)律和變化特征與懸浮泥沙濃度的變化規(guī)律基本一致，說(shuō)明懸浮泥沙是Kd(490)的較大影響因素之一。

（3）長(zhǎng)江口及其鄰近海域的Kd(490)值的季節(jié)變化特征表現(xiàn)為冬高夏低，春秋居中，且影響其季節(jié)變化的主要因素是長(zhǎng)江沖淡水流量和季風(fēng)。

（4）根據(jù)反演結(jié)果，夏季是最適合開(kāi)展CZMIL測(cè)深系統(tǒng)作業(yè)的季節(jié)，退潮低潮位比其它潮位更適合開(kāi)展作業(yè)。CZMIL 測(cè)深系統(tǒng)在長(zhǎng)江口及其鄰近海域可探測(cè)深度在0～22 m 左右，長(zhǎng)江口及杭州灣內(nèi)可探測(cè)深度約在5 m 以下，口外清潔水體可探測(cè)深度在22 m 左右。

研究表明，GOCI 8 景/d，1 景/h 的分辨率可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不正規(guī)半日潮潮周期內(nèi)Kd(490)的動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)，而且可以實(shí)現(xiàn)在相同潮位下更為合理地描述Kd(490)值的季節(jié)變化，為進(jìn)一步開(kāi)展機(jī)載激光雷達(dá)探測(cè)提供水體環(huán)境觀測(cè)技術(shù)保障和支持。

4.2 展望

今后將進(jìn)一步開(kāi)展長(zhǎng)江口及鄰近海域內(nèi)全潮周期、月度以及年度的漫衰減系數(shù)變化規(guī)律研究，并對(duì)期間的機(jī)載激光測(cè)深可行性進(jìn)行較系統(tǒng)的評(píng)測(cè)。