作品赏析-论文组一等奖:基于GOCI的潮汐作用下杭州湾悬浮泥沙浓度变化研究(节选)

发布时间:2020 年 03 月 24 日  
导读:作品名称:基于GOCI的潮汐作用下杭州湾悬浮泥沙浓度变化研究 参赛学校:杭州师范大学 团队组员:胡越凯、艾顺毅、陈晓君、傅显浩 指导老师:于之锋、周斌 河口海岸地区作为陆地和海洋的交汇区,是大气圈/水圈/岩石圈/生物圈等地球圈层相互作用和反馈的区域。

  作品名称:基于GOCI的潮汐作用下杭州湾悬浮泥沙浓度变化研究

  参赛学校:杭州师范大学

  团队组员:胡越凯、艾顺毅、陈晓君、傅显浩

  指导老师:于之锋、周斌

  河口海岸地区作为陆地和海洋的交汇区,是大气圈/水圈/岩石圈/生物圈等地球圈层相互作用和反馈的区域。高浓度的悬浮泥沙和叶绿素/CDOM等参数被认为是近海二类水体的典型特征,而悬浮泥沙的变化情况对水质/水下光场/海洋生态系统/河口地形等都有着重要影响。

  杭州湾作为典型的强潮型河口,其悬浮泥沙浓度(Suspended Sediment Concentration, SSC)在河口地形和潮汐的共同作用下变化剧烈。传统的极轨卫星由于时间分辨率不足,无法很好地满足高动态海域的监测需求。而2013年由韩国海洋卫星中心发射的GOCI卫星具有一天八景的高时间分辨率,为高动态河口的泥沙浓度变化检测提供了可能。

  研究通过实测数据的等效模拟,提出了一种新的水体悬浮泥沙浓度反演公式,并在一个完整潮汐周期中对杭州湾水域进行了监测,探究在潮汐作用下杭州湾水体悬浮泥沙浓度变化的规律与趋势。

  研究方法

  研究以喇叭型河口杭州湾为对象(图1),为研究潮汐作用下杭州湾水域悬浮泥沙变异情况,作品对2011年-2016年期间的卫星数据进行筛选,得到云量少于10%且覆盖一个完整潮汐周期的数据共24景。利用两个不同年度、不同季节的航次的实测数据对卫星数据的等效波段进行模拟,在对样本进行大量分析的基础上,提出86波段比值模型,相比于目前的主流算法精有所提升。在地形校正、辐射定标、大气校正等操作后,研究通过新的模型对小潮、中潮、大潮情况下杭州湾海区的逐时水体悬浮泥沙进行反演,利用变异系数的方法,定量表明不同区域的水体泥沙浓度在潮汐作用下的变化强烈程度。

 图1 研究区及采样点位分布图

  结果与分析

  1、潮位变化下杭州湾水域SSC变化研究

  通过对逐时影像进行反演,得到结果如图2-3,我们可以发现:(1)在不同的潮型下,潮位变化对SSC的影响程度不同。其中,大潮对水体扰动作用最强,其表现为潮汐作用越强,水体流速变化越剧烈,水体泥沙的再悬浮能力增强,导致水域悬浮泥沙浓度上升;(2)尽管不同潮型对杭州湾SSC的扰动程度不一致,但是在空间上仍有着一定的一致性,在涨潮中期和退潮时期,由于水流速度较大,底层泥沙受水体作用再悬浮,使得悬浮泥沙的浓度有明显的上升。

 

 图2 基于GOCI数据的杭州湾水体悬浮泥沙浓度逐时变化图(2015-07-25,小潮)

  

图3 基于GOCI数据的杭州湾水体悬浮泥沙浓度逐时变化图(2015-08-02,大潮)

  图4 不同潮型下杭州湾SSC分布图

  2、不同潮型下杭州湾海域SSC分布研究

  将不同潮型下的8景数据取平均(图4),可以发现,潮型差异对杭州湾区域的SSC分布有着明显的影响,小潮期间海域平均SSC为98.33 mg/L,而这个数字在中潮和大潮分别为146.03 mg/L和239.69 mg/L。但在空间分布上,不同地区仍有差异,在杭州湾西部海域,三种潮型下的悬浮泥沙浓度都较高;在东部海区,水体较为清澈,SSC值较低,杭州湾海域的水体悬浮泥沙浓度与潮型强弱呈正相关。

  3、不同潮汐作用下杭州湾水域SSC日变化差异研究

  研究利用变异系数法(coefficient of variance, CV)对潮汐作用下水体悬浮泥沙浓度的日变化程度进行定量研究(图5)。结果表明,在大潮期间的潮汐变化对悬浮泥沙浓度变化影响最大,且范围最广,值得注意的是,对于潮汐周期的变化而言,一天之内的潮汐变化对悬浮泥沙浓度的影响更强。

 

 图5 不同潮汐作用下杭州湾水域SSC日变化差异图

  总结

  作为强潮型海湾,杭州湾悬浮泥沙在潮汐等因素影响下呈现高动态变化。为了定量评估这种变化特征,作品提出了一种新的杭州湾悬浮泥沙浓度遥感反演算法,且精度优于目前主流算法,并在此基础上分析了不同潮汐强度作用下杭州湾悬浮泥沙浓度的短周期时空变化及原因,对评估泥沙淤积对海洋生态、航道疏浚和港口安全等工作开展具有重要意义。

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