石油水体后向散射系数的垂向变化研究

发布时间：2020-08-26 07:58

【摘要】：Ⅱ类水体的组分十分复杂,在重力和水动力等因素的作用下,水体组分的垂向呈非均匀分布特征,由于石油类水体污染的存在,石油类微粒在水体中发生垂向扩散,进而使水体组分的垂向非均匀性变得更加复杂。当水体组分的浓度发生变化时,其吸收和散射等水体光学特性也随之发生变化,光线在水体组分的作用下发生后向散射,最终形成离水辐射并携带水体的垂向结构信息被遥感卫星传感器接收。水下光场模式的研究是基于水体光学特性进行的,若假设水体组分垂向均匀,则会在一定程度上降低了模式的准确性,使模式不能适用于水体组分垂向非均匀特性明显的近岸海域中。因此探讨石油类水体的光学特性垂向变化问题,对水体辐射传输模式的研究具有重要意义。本研究以石油水体后向散射系数为研究对象,探讨后向散射系数的垂向变化规律。以大连港沿岸海域为研究区域选取3个站点,进行了以下工作:(1)基于潮汐预报数据和海流实测数据阐述分析了水体的水文情况;(2)基于悬浮物和石油类浓度的实测数据阐述分析了悬浮物和石油类浓度垂向分布概况和随时间变化情况;(3)基于Landsat-8的OLI数据阐述分析了悬浮物浓度和石油类浓度在水体表层的水平分布情况;(4)基于悬移质垂向分布理论、后向散射系数分离算法与后向散射系数随悬浮物和随石油类浓度变化的经验关系,建立后向散射系数垂向变化的半经验模型;(5)从模型计算后向散射系数垂向变化率,分析后向散射系数随深度变化的特征;(6)通过平均相对误差和平均绝对误差讨论模型的有效性。结果表明:(1)离岸较近的A站点和B站点,其海流主要呈沿岸方向,且海流方向和大小具有半日潮周期特征,说明两处的海流受到地形和潮汐的影响,而位于三山岛水道东侧的C站点,其海流主要指向三山岛水道,但海流方向和大小的半日潮周期特征并不明显,说明该处海流主要受地形影响;(2)整体上,悬浮物浓度随深度增加而增加,而石油类浓度随深度增加而减少,说明悬浮物有沉降趋势,而石油类有上浮趋势。此外,悬浮物浓度具有随潮汐变化的特征,但浓度升降时间滞后于潮汐,而石油类浓度则具有受到速度较大的海流的影响而迅速变化的特征,但浓度变化可能是上升或下降;(3)悬浮物和石油类的水平分布情况相近,主要集中在沿岸和相对于海流的岛的后侧海域,说明环境因素对两者的水平分布影响相似;(4)后向散射系数与水深之间的关系并非简单的初等函数关系,而是e指数与复合e指数之和的关系;(5)在表层,A站点和B站点的后向散射系数垂向变化率相近,说明两处在表层的悬浮物和石油类浓度变化趋势相近,C站点的后向散射系数在整个水体中的后向散射系数垂向变化率均比前两个站点的小,且几乎稳定在略小于0.0005的水平,说明C站点在整体上后向散射系数均匀变化;(6)3个站点的半经验模型平均相对误差分别为1.984、0.282和0.349,平均绝对误差为0.025、0.006和0.005,表明模型在不同站点具有不同的精度,在离岸最近的A站点精度最低,C站点次之,B站点最好。该模型对研究水下光场模式有重要意义。
【学位授予单位】：广东海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X55
【图文】：

分布图,站点,分布图,水深

２．１研究区域与站点分布逡逑从２０１９年８月２５日至２０１９年８月２７日，分别在大连港海域的３个站点进逡逑行观测，站点分布如图２－１所示。在每个站点的观测时间均为７：００至１７：００，每逡逑个整点进行一次，水样采集水深为１、３、５、１０和１５ｍ。采样后根据站点编号和逡逑时间对样本进行编号，以站点编号加上时间编号的形式作为样本编号，站点编号逡逑为Ａ、Ｂ和Ｃ，时间编号从７：００至１７：００分别记为１至１１，例如Ａ站点７：００的逡逑样本记为Ａ１。逡逑１２１＂邋４０’０＂Ｅ逦１２ｒ邋５０’０〃Ｅ逡逑■：ｉ逡逑１２ｒ邋４０’（ＴＥ逦１２ｒ邋５０’（ＴＥ逡逑０逦１．５逦３逦６逦９逦１２逡逑＾Ｋｉｌｏｍｅｔｅｒｓ逡逑图２＿１站点分布图逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｌｏｃａｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｓｉｔｅｓ逡逑Ａ站点水深２１．５ｍ邋（水深记录时间为７：００），位于大连新港港区南侧，该港逡逑区曾经在２０１０年７月１６日发生中石油输油管爆炸事件。逡逑Ｂ站点水深２４．８ｍ邋（水深记录时间为７：００），位于大连港鲇鱼湾港区２２＃原油逡逑泊位东侧，该泊位为新３０万吨级原油码头，曾经在２０１７年３月１日接卸世界最逡逑７逡逑

在没有潮位计的情况下，该预报数据具有相当的参考价值。逡逑通过在潮汐表预报查询系统进行检索，记录８月２５日至８月２７日，从７：００逡逑至１７：００之间的整点潮高数据和高低潮时数据，其中，整点潮高数据如图２－２所逡逑示。高潮时和低潮时预报如表２－１所示。逡逑４００邋逦逦丨逦（逦逦逦逦逦（逡逑｜逦ｖ邋＇逦逦Ａ（８邋月２５日）＿逡逑－逦Ｂ（８月２６曰）：逡逑／／／邋＼邋——日）｜：逡逑ｒｆ邋…１逡逑｜２°°— 斗…卞…卞—１逡逑１００逦：逦！——－：——：逡逑＋邋：！：！！：逡逑Ｉ邋■邋ｉ￣￣Ｉ￣￣Ｉ￣￣Ｉ￣￣Ｉ￣￣Ｉ逡逑６：００逦８：００逦１０：００逦１２：００邋１４：００逦１６：００邋１８：００逡逑时间逡逑ａ．潮高基准面在平均海平面以下１９０ｏｎ逦逡逑图２－２潮高预报逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ邋ｏｆ邋ｔｉｄａｌ邋ｈｅｉｇｈｔ逡逑８逡逑

站点,海流,后向散射系数,周期特征

逑（２）逦数据分析逡逑海流数据如图２－３所示，图中０°表示正北方向。从图中可以发现以下几点：逡逑ｉ．逦Ａ和Ｂ站点比Ｃ站点有更明显的半日潮周期特征，说明Ａ和Ｂ站点的逡逑海流受潮汐影响的程度要更大；逡逑ｉｉ．

【相似文献】