船运铁矿粉污染海冰反射光谱特征研究

摘要

国际防止船舶造成污染公约(MARPOL)中关于防止船舶垃圾污染的附则V规定,对含有海洋环境有害的物质(HM E)的干燥残留物必须在适当的港口接收设施中排放,但因费用等因素影响,很多船只将废弃物直接抛弃于海洋中.散落于海冰表面的船运铁矿粉会污染海冰品质,并加速海冰融化,对海洋环境造成一定的污染.对铁矿粉污染海冰的光谱反射率特征的研究,能够为利用光学遥感影像进行海冰品质监测提供数据基础.通过现场测量覆盖不同面积比例铁矿粉颗粒的海冰和清洁海冰之间光谱特征差异,为港口附近铁矿粉污染的范围以及沉降量的估算提供参考和依据.该研究是在渤海海域天然海冰条件下进行的,获取并分析了不同污染程度的海冰光谱特征,探讨这些光谱特征与铁矿粉颗粒几何截面积比例的相关性.为了反演海冰表面铁矿粉面积比例,利用光谱矢量角余弦值和光谱吸收指数阈值法进行了海冰、铁矿粉端元提取,根据混合像元线性解混模型理论,建立基于特征光谱波段反射率值的海冰表面铁矿粉面积比例反演模型.所研究海冰表面铁矿粉面积比例分为0(洁净海冰),25.8％,37.2％,46.1％,52.1％,65.1％,72.5％,82.3％,92.3％,93.1％ 和100％(纯铁矿粉)等,数据采集波长范围350～2500 nm.结果表明,利用1460 nm波段处的吸收指数(SAI)进行海冰和铁矿粉端元提取效果最佳,反射率与铁矿粉面积在918～1400,1500～1780和2250～2300 nm波段,相关系数都大于0.90,86％ 以上波段范围的反射率与铁矿粉面积的相关系数在0.90以上,91.75％ 以上的波段范围相关系数在0.80以上.选取1610～1630 nm波段的平均反射率估算铁矿粉面积比例,几何截面积较小的误差一般大于几何截面积较大的,在克服海冰背景反射率的影响下,比较精确地估算了海冰-铁矿粉像元中铁矿粉颗粒的几何截面积比例,平均反演精度达到94.23％.