黄、东海区光谱漫衰减系数特性研究

利用剖面仪于 2003 年 3—4 月在黄、东海实测的水下向下辐照度剖面数据,建立了黄、东海光谱漫衰减系数模型。在 400 ～ 600 nm 波段,漫衰减系数和波长之间存在近似的线性关系。每一个波段的漫 2衰减系数与 490 nm 波段的漫衰减系数 Kd(490) 最小二乘法线性回归的 R 值都超过了 0.99。通过对光谱 2散射直线的斜率与波长进行回归,可以得到光谱散射曲线的斜率与波长的关系,R 值为 0.974。利用本文建立的光谱漫衰减系数模型,可以从一个已知波段漫衰减系数反演出任何另外一个波段的漫衰减系数,从而大大地减少了在水色反演中未知因子的个数。并且,利用现场的实测数据对模型进行了检验和误差分析。各通道的反演误差随着 Kd (490) 的增加而总体降低,在 Kd (490) 较低区域,反演误差值虽然较高,但大部分集中在 20 % 以内。各通道平均反演误差范围在 9% 以下。

水下高光谱辐照度和辐亮度剖面测量仪

本文主要介绍了ProfilerⅡ水下辐照度和辐亮度剖面测量仪的功能、技术指标、使用方法和几个重要参数的反演算法。根据该仪器测量获得的下行辐照度和上行辐亮度,我们可以计算海水的漫衰减系数、遥感反射率、离水辐亮度等多种海洋光学参数。利用该仪器作者于2005年6月在渤海海域进行光谱调查,取得了良好的测量结果。该仪器的使用对于海洋光学调查特别是水下调查具有极其重要的意义。

晋江水体真光层深度遥感反演

通过2008年3月在晋江下游泉州河段对水体固有光学特性和光学活性物质浓度的测定，计算得到晋江水体在光合有效辐射（PAR）波段内的漫射衰减系数Kd（PAR）和水面下反射率R（0^-）等表观光学特性．应用统计方法分析了PAR真光层深度的影响因素．结果表明，PAR真光层深度主要受悬浮物浓度的影响．基于生物光学特性，悬浮物浓度可从Landsat TM影像上获取，进而依据PAR真光层深度与悬浮物浓度之间的关系推算真光层深度．反演结果表明，晋江的真光层深度均值为2．43m，其变化范围为0．43—8．41m．该技术有别于以往研究采用SeaWiFS数据对真光层深度的反演，是一种适合于河流水体的真光层深度遥感反演方法．

MODIS-Aqua漫射衰减产品K_d(490)在南海海域的精度对比

基于遥感手段准确估算水体漫射衰减系数Kd(490),可为有效评价近岸海域水质、准确估算真光层深度提供有力数据和方法支撑。利用2004~2012年在南海海域获得的9个航次的实测Kd(490)数据,通过建立实测与遥感产品的时空匹配数据对,获取与Kd(490)实测数据相对应的MODIS-Aqua遥感反射率(Rrs(λ))和叶绿素a浓度(Chl-a)产品,分别采用算法Muller,Werdell,Morel,Lee和MODIS业务化算法KD2M对南海海域Kd(490)遥感产品进行精度评估与对比;在此基础上,考虑到南海海域水体的特异性,基于相应的实测Rrs(λ)和Chl-a数据集,利用上述算法对Kd(490)反演产品再次进行精度评估与对比,进而探讨Kd(490)产品的误差来源和算法区域化修正的必要性。基于MODIS-Aqua遥感产品,利用上述五种算法获得的MODIS-Aqua Kd(490)产品值与实测值的平均相对误差(APD)分别是20.12%,29.22%,17.98%,22.61%和21.61%,其中,Morel算法最优,且相关系数最高达0.5;基于相应实测数据,利用上述算法反演获得的Kd(490)产品精度均有不同程度的提高,特别是算法Lee和Werdell,APD分别为17.86%和17.97%,提高了5%~11%,最优算法为Morel,其APD可达15.44%。合理选取评估算法及进一步开展算法的区域性修正对于准确估算南海海域Kd(490)产品是非常必要的。

春季太湖水体上行辐亮度漫衰减系数的特征研究

基于太湖2010年4月29日～5月2日28个采样点上行辐亮度数据和水质参数数据,分析了春季太湖水体上行辐亮度漫衰减系数的光谱特征,结果表明:春季太湖水体上行辐亮度漫衰减系数随波长的增加基本呈指数衰减趋势;受水体成分等因素影响,上行辐亮度平均漫衰减系数的空间分布不均,衰减高值区在西南部湖区;吸收、散射作用是造成上行辐亮度衰减的主要因素,总悬浮物浓度对上行辐亮度漫衰减系数的影响显著。

水中油对水体下行漫衰减系数的影响

下行漫衰减系数(kd)是海洋光学领域的重要光学参数之一。利用大连港现场实测的含水中油水体光学参数和辐射传输模型Hydrolight模拟含水中油水体水下光场,分析水中油对水体kd的影响,并根据模拟结果构建kd半分析模型。结果表明,在可见光波段,不同水深的kd光谱随着水中油浓度的增加而升高;随着水中油浓度的增加,kd随水深增加而升高的趋势更为明显,且接近其定常渐进值的速度越快;含水中油水体吸收系数及后向散射系数对kd的贡献与自然水体不同,使得含水中油水体与自然水体kd半分析模型的参数值差异明显,因此,自然水体kd半分析模型无法满足含水中油水体的精确计算需求。通过模拟结果构建的kd半分析模型可以进一步计算得到精度较高的下行辐照度,为快速模拟含水中油水体水下光场提供了可靠的解决方案。

太湖水体上行漫射衰减系数的变化特征研究

水体上行漫射衰减系数是反映水体中上行光强衰减的重要光学参数,它直接影响着水下光场分布,对水环境生态系统变化具有重要意义.然而,对于太湖水体而言,上行漫射衰减系数的变化特征尚不明确.为此,本课题组于2010年4月29日到5月2日对太湖水体28个采样点进行了野外原位观测,获取了相应的水体光学参数和水质参数数据集.在分析水体上行衰减系数光谱特征和空间分布特征的基础上,对其与太阳高度角、悬浮物浓度和叶绿素浓度之间的关系进行了研究.结果表明,上行漫射衰减系数的光谱特征表现为短波蓝光部分衰减系数较大,长波红光部分衰减系数较小,且衰减系数在575～700nm之间随着波长的增加变化不明显,在675nm附近出现相对高值,其与叶绿素a浓度存在显著的相关关系(r=0.574,n=28,p<0.05).下行与上行漫射衰减系数随波长的变化特征大致相似,其差值谱线的变化规律为:小于400nm的范围内,呈线性减小;在400～800nm之间除760nm附近有一峰值外,其余部分基本无明显变化;大于800nm时,又迅速增加.上行衰减系数在不同湖区的空间分布大致为:开阔水域区>草型湖区>典型藻型湖区>草、藻过渡型湖区,藻型和草、藻过渡湖区在675nm附近的峰值皆较为明显.上行衰减系数基本上随太阳高度角的增大而减小,上行漫射衰减系数与悬浮物浓度的偏相关性最好(r=0.963,n=28,p<0.05),太阳高度角次之(r=0.474,n=28,p<0.05),叶绿素浓度的最低(r=0.175,n=28,p<0.05).