渤海海域水色遥感的研究

发布时间：2020-07-11 18:09

【摘要】： 本文对渤海海域的水色遥感,包括对近岸水体光学性质、叶绿素浓度垂向分布和水色遥感算法进行了深入的研究。渤海是我国的一个内陆海,深入了解其光学性质对我国水色遥感的发展有极其重要的作用。然而,由于其水深较浅以及大型河流泥沙、营养盐和可溶有机物的输入等原因,渤海海域的光学性质变得非常复杂,国内外的很多遥感模式在渤海海域都不适用,模式输出与现场数据之间存在较大的误差。针对这个问题,本文根据辐射传输方程和实测数据建立了相应数值模型,全面分析了渤海海域特别是渤海近岸的光学性质,并发展了叶绿素浓度垂向最大值遥感反演算法。 依据2005年的实测数据,本文分析了渤海近岸水体的光学性质,包括水体的吸收系数,散射系数以及衰减系数等,建立了相应的叶绿素吸收光谱模型,黄色物质吸收光谱模型以及颗粒物后向散射系数模型等。 通过对比现行的业务化海表层叶绿素浓度反演模式及人工神经网络的结果,本文深入分析了这些模式在渤海的适用性,通过相互比较找出了在渤海各个海区内反演结果精确度相对较高的模式。然而总的来说,将这些模式完全照搬到渤海海海域是会产生较大反演误差的。因此,针对渤海必须要发展其自身独特的遥感算法。 根据辐射传输理论,本文建立了一个适用于一类水体辐射传输的理想模型,用来研究叶绿素垂向分布结构对水色遥感信息所产生的影响。该模型的三个主要遥感参数包括海表面遥感反射率、海水穿透深度以及垂向积分的叶绿素浓度值。模型的输出结果显示,当海表层叶绿素浓度不变而叶绿素垂向分布结构变化的时候,上述三个参数在可见光波段范围内都受到很大的影响,特别是在蓝绿光波段受到的影响最大。 经验蓝绿波段比值法是反演海表层叶绿素浓度的有效方法,例如SeaWiFS的OC4V4算法是一个最有代表性的蓝绿波段比值法。因此为研究叶绿素垂向结构对叶绿素浓度反演所产生的影响,本文以OC2V4算法为例进行了讨论。结果显示,当海表层叶绿素浓度不变的时候,OC2V4算法的输出数据是随着叶绿素垂向分布结构的变化而变化的,这对于一个反演海表层叶绿素浓度的算法来说显然是不能接受的。通过分析模式结果,本文利用了一个特殊的遥感波段,建立了一种新型的叶绿素反演算法,该算法可以不受叶绿素垂向分布结构的影响,较准确地反演出海表层叶绿素浓度。目前,还没有人专门针对叶绿素垂向分布结构不一致的海域发展反演海表层叶绿素浓度的算法,而现行的大部分经验算法都是依靠蓝绿波段比值法来反演海表层叶绿素浓度的,这就不可避免的会产生相应的误差。因此可以说本文提出的新算法对以后的研究可以起到指导作用。 根据实测数据,文中首先分析了渤海海域的叶绿素垂向分布结构特征并且将其加以分类。针对每一类的垂直方向分布特征,在前人研究的基础上建立了相应的适用于渤海海域的数学模式,该模型的建立可以使人们更准确的研究渤海海域的水体性质以及生态特征。另外,采用蓝绿波段比值法,文中建立一个反演叶绿素浓度最大值的遥感模式,并且利用实测数据对其进行检验,取得了较好的结果。 根据Lee等人的研究结果,作者进一步建立了一个近岸二类水体水色遥感算法的“半分析模型”,它是一个适合渤海海域的参数化模型。通过根据渤海海域的光学性质将模式加以修改,本文利用该模式成功的反演出水体中的一些光学参数如叶绿素吸收系数,黄色物质吸收系数,颗粒物的后向散射系数,以及叶绿素垂向浓度最大值对应的深度等。至此,渤海海域的叶绿素垂向最大值的遥感模式已经基本建立,经验模式用来反演最大值浓度,半分析模型用来反演最大值的对应深度。本文的研究为将来拓展海洋水色遥感从海表层进入水体内部的应用提供了一个新的途径。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：P731.1
【图文】：

图 2-1. 辐亮度定义示意图且具有方向性（如图（2-1）所示），可顶角。辐亮度是水色遥感中的最重向上辐亮度（Lu）以及离水辐亮度（(0-, λ, ,θw) 经水－气界面透射后穿(0,,,)(0,,,,)]22uwuwLntLλ θλ θθθ =辐亮度的天顶角。n 为水体折射系垂直入射辐射的菲涅尔反射比，它的是在渤海海域测量得到的 Lu随深8N），以及其对应的穿出海面的离水受到海水内各种物质的衰减作用，Lu

辐亮度随波长变化且具有方向性（如图（2其中 是方位角，θ是天顶角。辐亮度是水色较常用的辐亮度参量有向上辐亮度（Lu）以及面之下的上行辐亮度 Lu(0-, λ, ,θw) 经水－气(0,,,)[1(,)](,,)2uwwwLnL λ θρθθλ θ = = 式中θw为海面之下上行辐亮度的天顶角。n 为1.34。ρ 为水气界面对垂直入射辐射的菲涅角度有关。图 2-2 显示的是在渤海海域测量得点位置：119.70E，39.48N），以及其对应的穿例子。可以看出，由于受到海水内各种物质的小的，在同一深度 Lu的最大值出现在 490nm 是海水中穿透深度最大的波段。

-4. 渤海海域测量得到的 Ed随深度以及波长变化的例子（119.70E，39反射比 R反射比 R 定义为上行辐照度与下行辐照度在给定深度的比值(,)(,)(,)EzEzRzduλλλ = 一个无量纲量。遥感反射率 Rrs遥感反射率是水色遥感里非常重要的一个参数，它定义为在给定深度亮度同下行辐照度的比值，其单位为 sr-1(,)(,,,)(,,,)λλ θλ θEzLzRzduwrsw= 在实际的水色遥感应用中，卫星或机载传感器都是从空中观测海洋的，

【引证文献】

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本文编号：2750749