摘要
水体悬浮物会对水生植被分布和水体营养状态演化等方面具有重要影响，利用遥感技术大范围精确监测水体总悬浮物（Totalsuspendedmatter，TSM）对水质监测和水资源保护具有重要作用。本文针对“可持续发展1号”科学卫星（SDGSAT-1），以太湖为研究区，通过Hydrolight模型模拟太湖水体辐射传输过程进行三要素浓度敏感特征分析，从理论上阐明水体悬浮物浓度与叶绿素a（Chlorophylla，Chla）和有色可溶性有机物（ColoredDissolvedOrganicMatter，CDOM）在波段特征上的差异性，并据此构建悬浮物浓度单波段、双波段组合和三波段组合迭代反演模型，解决悬浮物浓度反演过程中叶绿素a和CDOM浓度的反射率贡献分离问题，提高悬浮物浓度反演精度。最后利用最优反演模型对2022年2月~2023年1月SDGSAT-1影像进行了太湖悬浮物浓度遥感监测，分析其时空分布特征。研究结果表明： （1）利用太湖野外实测水质参数数据与固有光学特征数据，结合前人研究基础，经Hydrolight模型21,654次模拟，获取并验证了54组400~800nm的太湖水体模拟光谱，为准确反演悬浮物浓度提供了必要数据支撑；比对表明，Hydrolight模拟光谱与实测光谱曲线形状相似度较高，两者拟合的决定系数R2在0.9以上，所有样点的模拟反射率数据与实测反射率的相关性均在0.93以上；光谱反射率影响特征分析发现，悬浮物浓度是改变太湖水体反射率光谱形状和数值的主导要素，叶绿素a和CDOM浓度的影响次之。 （2）通过对400~800nm光谱反射率、5个卫星波段和40个卫星波段组合与悬浮物、叶绿素a、CDOM三要素浓度相关性分析表明，三要素浓度与2个谱段区间（410~601nm、663~682nm）、卫星第2、3、4波段以及6个比值波段组合和8个差值波段组合同时表现为不同程度的显著相关性；而683~704nm谱段区间、卫星第5波段以及6个波段比值组合和6个波段差值组合与悬浮物浓度表现为较强的显著相关性，同时与叶绿素a、CDOM浓度均不敏感，为悬浮物浓度反演研究中避开叶绿素a、CDOM的作用提供了理论依据。 （3）基于三要素浓度的敏感特征，分别以B5，B5/B3，以及B6/B3和B6/B5的组合作为最优因子构建了悬浮物浓度单波段模型、双波段组合模型和三波段组合迭代反演模型。三波段组合迭代反演模型相比单波段模型和双波段组合模型更好地避开了Chla和CDOM浓度的影响，在建模拟合度和精度方面明显优于单波段模型和双波段组合模型。三波段组合迭代反演模型R2、RMSE、MAPE、NRMS分别为0.9768、4.90g/m3、11.39%、15.27%，相对于单波段和双波段组合模型R2分别提高了56.54%和19.75%，RMSE分别下降了71.26%和50.46%，MAPE分别下降了56.58%和14.94%，NRMS分别下降了45.57%和19.50%；基于实测数据和影像数据对三波段组合迭代反演模型的两次验证结果分别为：RMSE=9.08g/m3和3.89g/m3，MAPE=15.66%和12.16%，NRMS=18.52%和15.26%。 （4）利用三波段组合迭代反演模型进行了2022年2月~2023年1月太湖悬浮物浓度时空变化分析。空间上，悬浮物浓度分布具有明显的季节性特征，春季浓度由南向北扩散，夏季湖心区域浓度低于周围其他区域，冬季浓度向湖心区域聚集；时间上，悬浮物浓度经历了一个先下降后上升又下降的过程。
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