[發明專利]一種湖泊與河流溶解有機碳交換通量的計算方法

在審

• 申請號: 202010535291.X
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111723522A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 劉東;段洪濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院南京地理與湖泊研究所
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08;G01N21/17
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 徐蓓;尹妍

一種湖泊與河流溶解有機碳交換通量的計算方法，包括：按照河流區位對湖泊進行劃分得到不同湖區；采集遙感數據及同步的實測DOC濃度數據；對遙感數據進行大氣粗校正；以經大氣粗校正的遙感反射率R_rc為輸入，實測DOC濃度為輸出建立多層后向回饋神經網絡，所述多層后向回饋神經網絡包括輸入層、三個隱含層和輸出層；利用訓練好的多層后向回饋神經網絡遙感反演不同時刻湖泊DOC濃度，計算各湖區的月平均DOC濃度，河流出湖流量與河口緊鄰湖區的月平均DOC濃度的乘積即為出湖DOC通量；河流入湖流量與河流實測平均DOC濃度乘積即為入湖DOC通量。本發明的方法可以實現湖泊DOC濃度的實時遙感估算，并可以實現湖泊與河流DOC交換通量的遙感估算。

技術領域

本發明涉及衛星遙感技術及其應用領域，主要是利用可實時獲取的衛星遙感資料和河流實測數據實現湖泊與河流溶解有機碳(DOC)交換通量的遙感估算，即估算一定時間內：有多少DOC流出湖泊進入河流，河流輸運了多少DOC進入湖泊。

背景技術

水體溶解有機物包含糖類、脂肪和烷類等多種多樣有機分子，廣泛存在于湖泊和河流水體，其含量通量用溶解有機碳(DOC)量化。溶解有機物是異養細菌生存的能量來源，其分解會消耗水體氧氣并產生有害物質，從而破壞水環境。湖泊與鄰近河流存在DOC交換，出湖河流會將湖泊DOC輸出，入湖河流會將陸源DOC輸入湖泊。因此，需要知道湖泊DOC的動態變化，以更好的管理湖泊水質。為估算湖泊與河流DOC的交換通量，傳統的方法是根據河流實測的流量和DOC濃度計算得到。但由于河流DOC溶解有機碳高動態變化，一段時間內某一時刻的實測DOC數據常常不能代表該段時間內的平均DOC濃度，尤其是對中國東部強人為活動影響下的河流。因此，有必要利用遙感技術高頻觀測優勢，實現湖泊與河流DOC交換通量的遙感估算。目前，關于湖泊DOC遙感還存在難題，傳統的遙感數據波段比值不能很好的用于湖泊DOC的遙感監測，湖泊DOC產品未見報道。

發明內容

為了實現遙感估算湖泊與河流DOC交換通量，借助高時間分辨率遙感數據和不同季節的野外實測數據，本發明構建了一種湖泊與河流溶解有機碳交換通量的計算方法。

本發明所采用的技術方案如下：

一種湖泊與河流溶解有機碳交換通量的計算方法，包括：

按照河流區位對湖泊進行劃分得到不同湖區；

采集遙感數據及同步的實測DOC濃度數據；

對遙感數據進行大氣粗校正；

以經大氣粗校正的遙感反射率R_rc為輸入，實測DOC濃度為輸出建立多層后向回饋神經網絡，所述多層后向回饋神經網絡包括輸入層、三個隱含層和輸出層；

利用訓練好的多層后向回饋神經網絡遙感反演不同時刻湖泊DOC濃度，計算各湖區的月平均DOC濃度，河流出湖流量與河口緊鄰湖區的月平均DOC濃度的乘積即為出湖DOC通量；河流入湖流量與河流實測平均DOC濃度乘積即為入湖DOC通量。

進一步的，所述輸入層包含5個節點；選取469nm、555nm、645nm、859nm、2130nm 5個波段的遙感反射率R_rc數據作為輸入。

進一步的，所述每個隱含層包含10個節點。

進一步的，所述隱含層和輸出層節點數值的計算方式如下：

y＝f(-bias+∑w_i×x_i)

fhidden＝2/(1+e^-2×x)-1

f_output＝a×x+b (1)