Studie zur Konsistenzkorrektur der Rückrechnung des Forel-Ule-Seewasserfarbindex aus multiquelligen Satellitendaten: Am Beispiel typischer Seen des Tibethochplateaus

TAN Zhangru ,  

WANG Shenglei ,  

LI Junsheng ,  

ZHANG Fangfang ,  

ZHANG Bing ,  

摘要

Die Farbe von Seenwasser, als anschauliche Darstellung der optischen Eigenschaften des Wassers, ist eine wichtige klimatische Variable des Seen-Ökosystems. In den letzten Jahren wurde der aus satellitengestützter Fernerkundung abgeleitete Forel-Ule-Index (FUI) weit verbreitet verwendet, um räumlich-zeitliche Veränderungen der Ökologie und Wasserqualität großer Seen zu kennzeichnen. Die gemeinsame Beobachtung durch multiquellen-Satelliten kann die Beobachtungsfrequenz und die räumlich-zeitliche Abdeckung erheblich verbessern, doch das Problem der Konsistenz bei der Rückrechnung muss gelöst werden. Diese Studie untersucht sechs typische Seen auf dem Tibethochplateau als Forschungsgebiet und schlägt basierend auf den Produkten der Oberflächenreflexion von Landsat 5/TM, Landsat 7/ETM+, Landsat 8/OLI und MODIS eine Methode zur Konsistenzkorrektur für den Forel-Ule-Index (FUI) aus multiquellen Satellitendaten vor, um Unterschiede im Farbwinkel und bei der FUI-Rückrechnung zu korrigieren, die durch das spektrale Ansprechverhalten der Satelliten und systematische Abweichungen der Reflexionsprodukte entstehen. Zunächst wurde eine polynomiale Korrekturmethode auf der Basis eines simulierten Wasserdatensatzes verwendet, um den spektralen Ansprechwinkel des Farbtons im sichtbaren Bereich für jeden Sensorsatelliten zu korrigieren; zweitens wurden auf Basis von 112.830 synchronen Oberflächenreflexionsbeobachtungsdatensätzen aus sechs Seen lineare Regressionsmodelle zwischen den Farbwinkeln von MODIS und Landsat TM, ETM+, OLI erstellt, um eine Kreuzkalibrierung durchzuführen; schließlich wurde anhand synchroner Beobachtungsdatensätze und langzeitlicher FUI-Multiquellendaten systematisch die Konsistenz der Multiquellendaten auf Pixel- und Zeitreihenskalen vor und nach der Korrektur bewertet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Konsistenz zwischen Farbwinkel und FUI-Rückrechnungsergebnissen nach der Korrektur signifikant verbessert wurde (R²>0,95, MAPE<10%) und dass die Jahresdurchschnittstrends der FUI-Veränderungen der Seen aus den vier Satellitendaten konsistent waren. Diese Studie bietet eine wichtige methodische Grundlage für die kooperative Rückrechnung von See-Wasserfarbenparametern aus multiquelligen Landsat TM, ETM+, OLI und MODIS Satellitendaten.

关键词

Wasserfarbe;multiquellige Satellitenfernerkundung;spektrale Ansprechfunktion;Konsistenzkorrektur;Farbwinkel;Forel-Ule-Index (FUI);Wasserreflexion;Seen des Tibethochplateaus

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