风生海中气泡对海洋光学反射比的影响

风浪破碎是海中气泡的主要成因。先前的研究基于理论计算和数值模拟,揭示了海中气泡对光散射和海水反射比有不可忽略的影响。利用海洋光学和海面风速现场观测数据,结合Mie散射理论计算和海中光辐射传递数值模拟,研究风浪破碎产生的海中气泡对海水反射比的影响。现场观测和数值模拟结果表明,在光学性质稳定的I类海水中,不同风速下海洋光学反射比的不同主要源于海中气泡的贡献。

海中气泡对近红外波段遥感反射比的影响

海中气泡在上层海洋无处不在,风浪破碎是其主要成因,它们对光的后向散射具有较强的作用。基于Mie散射理论和遥感反射比模型,计算了不同浓度海中气泡对近红外波段遥感反射比的贡献,及其对气泡浓度N0和叶绿素a浓度[chl-a]的响应。海中气泡考虑了清洁气泡和附着有机物膜气泡两种情况。计算结果表明,大多数情况下海中气泡引起的近红外波段遥感反射比相对变化较大,最大可达30多倍(N0=107m-3,[chl-a]=0.05 mg/m3、附着有机物膜气泡的情况)。而且,气泡浓度越大、叶绿素a浓度越低,海中气泡对近红外波段遥感反射比Rrs(NIR)的影响越大。仅当N0=105m-3时清洁气泡对近红外波段遥感反射比的贡献可忽略不计。因此,当海中气泡存在时,基于暗像素假设(即假设近红外波段反射比为0)的海色遥感大气校正算法需要修正海中气泡的影响。

二维动态海面-气泡层中蓝绿激光的透射特性

为研究气-海跨介质的蓝绿激光传输特性,针对气-海跨介质界面及海面下气泡层,依据基尔霍夫近似、Mie理论与Beer理论建立了蓝绿激光通过海面-气泡层的下行传输模型。充分考虑了受风速影响的海面高度起伏、海水中气泡浓度变化、海水中洁净气泡和有薄膜覆盖气泡的混合等因素,数值计算了蓝绿激光经过海面-气泡层的透过率随风速、海水中的传输深度以及接收平面与发射平面夹角的变化关系。结果表明,蓝绿激光通过气-海界面及海水中的透过率主要取决于风速的大小与激光在海水中的传输深度;随着风速的增大,海面粗糙度与上层海洋中气泡浓度增大,激光透过率降低;与海水相比,气泡层对激光透过率的影响会随着深度的增加而降低;对于半径大于10μm的气泡,蛋白质薄膜的覆盖对蓝绿激光的衰减影响不大。