通用型海洋水色遥感精确瑞利散射查找表

当前对海洋水色遥感精确瑞利散射的计算均采用查找表方式进行,但由于这些查找表是针对特定遥感器生成的,无法直接应用于新的水色遥感器,给实际应用带来一定程度的麻烦,为此提出了一种通用的海洋水色遥感精确瑞利散射查找表.首先,详细地推导了加倍法解大气矢量辐射传输方程的基本关系式和实际的计算原理.通过与MODIS精确瑞利散射查找表计算结果比较,证明利用加倍法计算瑞利散射的精度优于0.25%,完全能够满足当前海洋水色遥感大气校正对瑞利散射计算精度的要求,并可以用来生成精确瑞利散射查找表.其次,利用加倍法解大气矢量辐射传输方程,生成了一个通用的海洋水色遥感精确瑞利散射查找表,验证结果表明该查找表可用于所有水色遥感器的精确瑞利散射计算,且计算精度优于0.5%.     

东海试验区水体光谱特性现场测量与数据分析

星载水色遥感器 Ｓｅａ Ｗｉ Ｆ Ｓ 已业务化地为海洋学家提供高质量的海洋水色遥感数据。要有效地利用水色遥感数据,需要经常地对遥感器进行定标,并对测得的离水辐射率以及导出的生物—光学特性进行真实性检验。１９９８ 年５ 月, 我们在东海试验区,应用多光谱剖面／ 表面辐射仪（ Ｓ Ｐ Ｍ Ｒ／ Ｓ Ｍ Ｓ Ｒ） ,进行了光谱测量。本文介绍了现场测量的方法,以及根据我国海区的特点对实测数据的处理结果     

海洋水色遥感资料红光波段的大气纠正

通常的大气纠正方法不考虑对红光波段进行大气纠正,章在阐述海洋水色遥感资料大气纠正基本原理和方法的基础上,提出了简单可行的方法,对红光波段与其它波段一同进行大气纠正,并用Ｃ语言完成了该纠正方法的程序编制和调试,使海洋水色遥感资料的大气纠正更加完善,有利于更好地对近岸海区开展海洋水色遥感应用研究。     

海洋颗粒有机碳浓度水色遥感研究进展

颗粒有机碳(POC)是海洋碳循环研究的一个重要参数,采用水色遥感技术反演颗粒有机碳浓度为大时空尺度监测海洋碳循环过程提供了重要手段。从基础数据采集入手,简要总结了当前颗粒有机碳样品采样方法及误差影响因素;针对颗粒有机碳水色遥感的国内外研究进展进行了综述,深入分析了POC与生物光学参数之间的关系,对在此基础上建立起来的多种POC水色反演算法进行了归纳和分类比较;简要总结了POC水色反演在多时空尺度监测海洋生态环境中的应用。最后指出了我国海区POC水色遥感研究还存在的问题,对今后的研究工作进行了展望。     

海洋水色遥感资料红光波段的大气纠正

通常的大气纠正方法不考虑对红光波段进行大气纠正,文章在阐述海洋水色遥感资料大气纠正基本原理和方法的基础上,提出了简单可行的方法,对红光波段与其它波段一同进行大气纠正,并用C语言完成了该纠正方法的程序编制和调试,使海洋水色遥感资料的大气纠正更加完善,有利于更好地对近岸海区开展海洋水色遥感应用研究。     

POLDER水色大气校正算法研究

基于POLDER多角度观测数据,对其大气校正算法进行了研究。该大气校正算法中,大气分子散射利用多次散射加偏振的精确瑞利散射来计算,同时,对太阳耀斑及白帽散射进行了校正。由本文大气校正算法可以反演得到气溶胶光学厚度以及海水反射率,与POLDER二级产品相比表明,利用该算法反演所得产品效果较好,相对误差在10%左右,从而为未来中国多角度水色遥感的发展提供一些参考。     

水体吸收衰减系数测量仪定标技术

水体吸收衰减系数是水色遥感的重要参数,其现场准确测量的关键是测试仪器的严格定标.文章将围绕美国Wetlabs公司生产的水体吸收衰减系数测量仪AC9（Absorption and Attenuation Meter）的定标技术,以及定标中的注意事项进行阐述.     

世界首颗静止轨道海洋水色卫星应用研究进展

海洋环境参数和赤潮、绿潮等海洋灾害在一天之内会有明显的变化,需要高频率的观测才能满足监测的需求,极轨水色卫星观测频率低,而静止轨道水色卫星在观测频率方面具有绝对优势。2010年韩国发射了世界上第一颗静止轨道海洋水色卫星GOCI(Geostationary Ocean Color Imager),使小时级时间分辨率的水色遥感成为现实,各国科学家围绕该数据迅速开展了大量研究工作。本文首先介绍了GOCI遥感器的主要参数信息及其数据处理软件,然后综述了GOCI自问世至2016年的主要研究进展,涉及卫星数据处理、产品质量评价、海洋环境探测、海洋灾害监测、海洋动力过程探测、大气探测等方面,以期对我国水色遥感特别是静止轨道水色遥感应用研究提供参考。     

海洋水色卫星星上定标技术综述

在轨水色卫星进行星上定标可以确定遥感器的探测值与入瞳辐亮度间的准确对应关系,是后续其他遥感器定标工作的基础,对这一技术的研究已经引起了越来越多的关注。文中结合海洋水色卫星的发展历程,介绍了星上定标的3种不同方式及其原理、优势与不足,重点对目前比较完善的太阳辐射定标原理,以及定标源能量的引入及其在光学系统中的传递的定标流程进行了详细研究。并对星上光谱定标的原理与流程进行了介绍,分析了星上定标的不确定度来源,提出了对未来海洋水色卫星星上定标方案的建议。     

渤海和北黄海水色光谱的特征分析

我国的主要海域包括渤海、黄海、东海的大部分和南海的近岸部分都属于二类水体,这些海域的光学特征极为复杂。针对不同海域的海洋光学特征进行研究,对于反演二类水体叶绿素、悬浮泥沙和黄色物质的浓度具有非常重要的意义。本文利用渤海和北黄海海域2002年11月至2003年8月的水色调查数据,对调查海区的水色光谱的特征进行了研究和分析。结果显示调查海区的水色光谱类型主要分为4个类型：类型的主要特点是光谱峰值位于570nm,谱峰比较窄,随波长远离谱峰波段,遥感反射率迅速减小,主要分布海域为渤海湾、莱州湾及辽东湾。类型2的光谱峰值位于550nm左右,谱峰比较宽,随波长增大,遥感反射率迅速减小,主要分布在渤海中部海区。类型3光谱峰值位于500—550nm范围内,440nm存在极小值,主要分布在渤海海峡和渤海中北部的一块海域。类型4类似于大洋一类水体的水色光谱,其特点是在可见光波段内,随波长增大,遥感反射率逐渐减小,主要分布在渤海海峡以外、远离海岸的北黄海海域。     

A general purpose exact Rayleigh scattering look-up table for ocean color remote sensing

1 Introduction In the total radiance received by an ocean color remote sensor, over 80% radiance is the contribution being scattered by air molecule and aerosol, and a wa- ter-leaving radiance carrying the ocean color informa- tion is only a small part. T…     

水下光谱辐射计光学特性的测试与分析

为适应高精度水下光学测量的需求，设计研制了多通道水下光谱辐射计。该辐射计可同步测量12波段的下行／上行光谱辐照度和7波段的上行光谱辐亮度。对该辐射计的主要性能指标，如余弦响应特性、浸没因子、光谱辐射精度、稳定性和重复性进行了室内测试和分析，用MonteCarlo方法模拟了阴影误差，给出并分析了现场实验数据及部分推导的物理量。结果表明，该光谱辐射计各波段的中心波长和带宽偏差小于1．6nm，稳定性优于5％，阴影误差可控制在5％之内，具有良好的余弦响应特性，满足当前定量化水色遥感现象光辐射测量的技术要求。     

海洋遥感卫星发展历程与趋势展望

海洋是对地观测卫星的重要领域,在对地观测卫星中就具有专门用于海洋观测的海洋遥感卫星。海洋遥感卫星是一种利用所搭载的遥感器对海面进行光学或微波探测来获取有关海洋水色和海洋动力环境信息的卫星。海洋卫星有效弥补了传统海洋观测手段的不足,基于多种遥感器连续对海洋的观测,使人类极大的加深了对海洋的认识,在海洋灾害的防灾减灾、资源开发、海洋维权、海洋生态和环境保护等诸多领域发挥着重要作用。本文在详细梳理西方主要航天大国海洋遥感卫星(包括了对地观测卫星中具有海洋观测功能的卫星)的发展历程,在此基础上对未来海洋遥感卫星的发展趋势进行了论述,可为我国海洋遥感卫星的发展提供技术发展参考。     

离水辐射非朗伯特性的Monte Carlo模拟及分析

水体光场的非朗伯特性(二向性)是目前水色反演算法中的误差因素之一。随着新一代高精度水色遥感器的发射,原来的许多次要因素已变得不可忽略。为研究水体光场的非朗伯特性,首先建立了一个三维MonteCarlo海洋光学模型,并利用国际上提出的7个海洋光学标准问题中的4个对模型的正确性进行了检验;在此基础上,模拟了不同太阳天顶角、体成分等参数对离水辐射率的方向特性的影响。模拟结果表明,在一定的遥感器-太阳-像元几何条件下,同一水体的光场二向性带来的离水辐射率变化可能大于已有的业务化水色大气修正算法反演高水辐射率的误差。模拟结果对水色遥感中正确进行现场数据获取及遥感与地面数据比对有一定的意义。     

FY-3A/MERSI, ocean color algorithm, products and demonstrative applications

A medium resolution spectral imager (MERSI) on-board the first spacecraft of the second generation of China’s polar-orbit meteorological satellites FY-3A, is a MODIS-like sensor with 20 bands covering visible to thermal infrared spectral region. FY-3A/MERSI is capable of making continuous global observations, and ocean color application is one of its main targets. The objective is to provide information about the ocean color products of FY-3A/MERSI, including sensor calibration, ocean color algorithms, ocean color products validation and applications. Although there is a visible on-board calibration device, it cannot realize the on-board absolute radiometric calibration in the reflective solar bands. A multisite vicarious calibration method is developed, and used for monitoring the in-flight response change and providing post-launch calibration coefficients updating. FY-3A/MERSI ocean color products consist of the water-leaving reflectance retrieved from an atmospheric correction algorithm, a chlorophyll a concentration (CHL1) and a pigment concentration (PIG1) from global empirical models, the chlorophyll a concentration (CHL2), a total suspended mater concentration (TSM) and the absorption coefficient of CDOM and NAP (YS443) from China’s regional empirical models. The atmospheric correction algorithm based on lookup tables and ocean color components concentration estimation models are described. By comparison with in situ data, the FY-3A/MERSI ocean color products have been validated and preliminary results are presented. Some successful ocean color applications such as algae bloom monitoring and coastal suspended sediment variation have demonstrated the usefulness of FY-3A/MERSI ocean color products.     

Study on detection of coastal water environment of China by ocean color remote sensing

ＳＡＴＥＬＬＩＴＥＰＲＯＧＲＡＭＳＦＯＲＣＯＡＳＴＡＬＷＡＴＥＲＤＥＴＥＣＴＩＯＮＳｉｎｃｅｔｈｅ 1 980ｓ,ｇｒｅａｔａｔｔｅｎｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｐａｉｄｔｏｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅｉｎＣｈｉｎａ ,ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｔｏｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓａｔｅｌｌｉｔｅｐｒｏｇｒａｍｓｆｏｒｃｏａｓｔａｌｗａｔｅｒｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ.Ｔｗｏｏｃｅａｎｃｏｌｏｒｃｈａｎｎｅｌｓａｄｄｅｄｔｏｔｈｅｆｉｒｓｔｒｅｍｏｔｅｓｅｎｓｉｎｇｓａｔｅｌｌｉｔ…     

船舶含气泡尾迹的光学特性研究

基于充分挖掘卫星遥感应用于海洋监测能力的需求,通过海上试验测量船舶含气泡尾迹海水的物理、光学特征,研究气泡群对不同水体光学特征的影响,例如离水辐亮度、遥感反射率.这些工作可为通过星载光学传感器遥感获取船舶尾迹信息提供理论依据.试验证明在可见光和近红外波段船舶含气泡尾迹相对于背景海水的离水辐亮度、遥感反射率都不同程度地得到了增强,并且在一类水体中含气泡尾迹的光谱后向散射无论是相对增幅还是绝对增幅都要远大于二类水体中的.     

黄海、东海海区水体散射特性研究

半分析模型是水色遥感反演算法的研究热点,而水体后向散射系数对建立半分析水色反演模型是非常重要的参数.通过对黄海、东海海区的水体固有光学量测量数据进行分析,得到水体总后向散射系数与水体总散射系数的关系为乘幂关系,颗粒物后向散射系数随光谱变化的指数在高低浑浊度水体有很大差异,并初步得到黄海、东海海区水体的后向散射系数与总悬浮物浓度的关系,从而为水色半分析模型建立和水光学辐射计算提供一组散射特性模型.     

Estimates of primary production by remote sensing in the Arctic Ocean: Assessment of accuracy with passive and active sensors

The Arctic Ocean, including its regional shelf seas, is assumed to play an important role in the global carbon cycle. However, the true magnitude of annual production is unknown, as in situ data are sparse in time and space. Remote sensing technology has the potential to provide large scale estimates of phytoplankton biomass at much higher frequency and spatial coverage than shipboard observations in this remote region. Subsurface peaks in both biomass and primary production (PP), which are the characteristics of the Arctic, are shown to limit the reliability of ocean color based integrated PP (IPP) models in the Chukchi Sea. Here we report that the retrievals of IPP from remotely sensed ocean color data were accurate only when limited to 1.2 optical depths, which severely constrains the utility of ocean color remote sensing for the assessment of Arctic Ocean dynamics.Active sensors such as LIDAR, can, in combination with passive ocean color, dramatically improve our ability to estimate IPP for the Arctic. IPP retrievals were improved to within a factor of 2–3 of the measured values, when the vertical distribution of Chl a was determined to a resolution of 1 m using modeled LIDAR retrievals of the beam attenuation coefficient. This was far better than models using only passive ocean color. The instrument specifications of the current NASA spaceborne LIDAR (CALIOP) allow for the retrieval of K_d at a depth resolution of 23 m. Even with this constraint, however, the accuracy of the modeled IPP was improved over passive ocean color retrievals to approximately a factor of 3. The Arctic is a perfect location to merge ocean color and LIDAR measurements as the polar orbit of CALIOP provides complete grid coverage of the area every 8 days, crossing the horizontal gradients in Chl a already known to exist from passive ocean color observations.