南科大环境学院本研贯通培养学子构建中美近岸海域20年卫星水色数据集

近日，南方科技大学环境科学与工程学院2025级博士研究生赵淑慧在期刊 Earth System Science Data 发表题为“High-quality remote sensing reflectance products over China and US coast”的研究论文。该研究针对近岸水色遥感的技术难点改进了数据处理方法，构建了覆盖2003年至2022年中国和美国近岸区域的遥感反射率（Remote Sensing Reflectance, R_rs）数据集，为复杂近岸水域长期变化研究提供了更完整的观测支撑。

遥感反射率表征海水在不同波长下反射的光，是估算叶绿素、悬浮泥沙等水质参数的重要基础。但在河口、海湾等近岸区域，近岸大气中的吸收性气溶胶会干扰卫星接收到的信号，水中的悬浮泥沙也使水体光学性质变得复杂，其较强的反射信号还易被常规处理方法误判为云。多重因素共同导致现有产品存在观测值偏低、有效数据缺失等问题。

针对这些问题，研究团队在现有处理方法中引入可反映区域气溶胶特征的网格气溶胶模型，并结合水体浑浊程度选用适配模型。同时，团队改进了云识别规则和数据质量控制方法，尽可能保留了此前被错误剔除的有效水体观测数据。

基于上述方法改进，研究利用NASA MODIS Aqua卫星观测数据，生成了中国和美国近岸区域连续20年的遥感反射率数据集。研究团队利用现场实测数据验证新数据集，在具备实测数据支撑的8个波段上，新数据集的R_rs与实测R_rs的平均回归斜率由NASA标准产品的0.90±0.06提升至1.00±0.08，更趋近理想值1，表明标准产品的系统性低估得到了有效校正。

图1 本研究及NASA标准MODIS Aqua产品在八个光谱波段的Rrs原位测量验证结果。各统计指标及匹配对数量见图中注释。

研究还比较了两套数据集的有效观测次数，以验证新数据集保留实际有效水体观测数据的能力。以2007年443 nm波段的R_rs为例，新数据集在中国近岸平均有效观测次数较标准产品提升约56%，在美国近岸提升约18%。

图2 2007年中国和美国近岸海域R_rs(443)的有效观测次数对比。第一排为新数据集（VONew），第二排为NASA标准产品（VOStandard），第三排为两者之差（VOD，有效观测量差异）。颜色表示有效观测次数或次数差。

在珠江口等高浑浊度水域，两数据集的有效数据覆盖差异更为显著。单景卫星影像对比显示，标准产品在部分近岸区域缺少有效像元，而新数据则保留了更多观测数据，可呈现沿岸水体细节。研究团队指出，增加有效像元需兼顾反射率数值的可靠性，因此将云掩膜调整与大气校正、质量控制相结合。

图 3 2014年12月14日珠江口卫星观测对比。左列为新数据集，中列为NASA标准产品，右列为另一种测试处理方案；图中展示了不同波段的R_rs及被质量控制剔除的区域。

该数据集以月度合成数据的形式公开发布，可为河口、海湾和其他高浑浊度近岸区域的长期研究提供观测支撑。研究团队将其定位为NASA标准水色产品的补充资源，有助于研究人员结合不同产品分析海岸带环境变化。

南方科技大学环境科学与工程学院赵淑慧为论文第一作者，她本科阶段便加入了冯炼教授课题组，深度参与课题全流程攻关，从本科起步逐步成长为课题核心骨干，充分体现了学院本研贯通的培养特色。研究得到了环境学院讲席教授郑焰牵头的国家自然科学基金委创新研究群体项目，以及教育部基础学科和交叉学科突破计划、广东省相关项目、深圳市科技计划和南方科技大学高水平专项资金等多个项目资助。

复制下方论文链接至浏览器访问，即可查看论文：https://doi.org/10.5194/essd-18-7475-2026 

数据集链接：https://doi.org/10.5281/zenodo.16413443