基于激光数据的北极海水二氧化碳分压研究

星载激光雷达作为一种新型的主动遥感技术,为全球海洋昼夜以及极地冬季海水二氧化碳分压的研究提供了可能。研究通过使用云-气溶胶激光雷达与红外探路者卫星(CALIPSO)数据,对全球海表面叶绿素a(Chla)浓度进行了反演,并构建了基于激光数据的前向神经网络模型(FNN-LID),重构了北冰洋海水二氧化碳分压(pCO_(2))昼/夜长时序数据集。在此基础上,对基于主动遥感的极地海水Chla浓度和海水pCO_(2)数据进行了验证与分析。结果显示,基于该算法的反演产品,具有较高的数据质量,不论是和其他被动遥感的产品还是独立浮标观测数据集都有较好的一致性,且能够有效“填充”极地冬季的数据空白。在北冰洋海区,受陆源强烈影响的边缘海都表现为较高的海表Chla浓度。北冰洋海水pCO_(2)的空间格局表现出经向的差异,且pCO_(2)的季节变化十分剧烈,甚至超过80μatm。近20年来,北冰洋稳定地表现为大气二氧化碳的汇,而在东西伯利亚海和喀拉海等海冰显著衰退的地区,海面pCO_(2)的增长率非常显著。

双波长海洋激光雷达探测近岸到大洋水体的叶绿素剖面

蓝绿激光波段作为海洋主动探测技术中常用的波段,被广泛应用于各种海洋激光雷达设备中。然而由于近岸水体和大洋水体的水质参数不同,不同水体对蓝光和绿光的衰减存在差异。通过反演双波长海洋激光雷达(DWOL)系统中486 nm蓝光通道和532 nm绿光通道在南海获取的近岸水体和大洋水体探测的波形数据,结果表明:在清洁大洋水域中,486 nm通道的水体衰减系数明显小于532 nm通道,由此说明蓝光更适用于大洋清洁水体探测;在近岸水域中,由于水质变差,486 nm通道和532 nm通道的衰减系数差异减小,同时考虑到532 nm激光的稳定性和低成本,可知绿光更适用于近岸水体探测。另外,为了分析南海水域次表面层叶绿素散射层(CSL)从近岸水体到大洋水体的分布变化,基于486 nm通道数据,反演了从清洁大洋水域到近岸水域近120 km连续条带的机载数据。反演结果表明:在大洋水体中,CSL深度稳定分布在水下60 m左右;在临近近岸时,由于水深变浅,CSL深度分布开始快速上升;在近岸水体中,CSL深度上升到水下40 m,甚至到20 m左右。分析船测实验数据与机载反演数据的相关关系,可知机载反演结果和船测结果具有良好的一致性。