黄东海海区表观光学特性和固有光学特性春季模式研究

在海洋光学研究领域中,表观光学特性和固有光学特性是两大主要研究内容。通过2003年黄东海试验获取的表观光学参数中的水下遥感反射率rrx(λ)、固有光学参数中的后向散射系数bb(λ)和水体吸收系数α(λ),建立了区域性、季节性的表观光学特性和固有光学特性之间的经验模式,并对模式进行了误差分析和改进。     

黄东海表观光学量与固有光学量经验模式研究

表观光学特性和固有光学特性是海洋光学研究领域的两大主要研究内容。文中通过2003年黄东海试验和2007年908专项海洋光学调查所获取的表观光学参数中的遥感反射率Rrs(λ)、水下遥感反射率rrs(λ)、海水透明度Zs、下行辐照度漫衰减系数Kd(490)、固有光学参数中的后向散射系数bb(λ)和水体吸收系数a(λ),建立了区域性、季节性的表观光学量和固有光学量之间的经验模式,并对模式进行了误差分析和改进。     

中国近海海洋光学特性及其分布

在"我国近海海洋综合调查与评价"的光学调查项目中,通过2006年夏季、冬季和2007年春季、秋季的中国近海海洋光学调查试验,获取了表观光学资料、固有光学资料和相应的辅助资料。利用这些数据,开展了中国近海海洋光学特性及其分布研究工作。(1)通过分析特征波段遥感反射比(Rrs(412)和Rrs(490))的分布情况,发现主要河口有着明显的区域性和季节性变化特点。(2)通过分析遥感反射比光谱资料,发现了不同区域遥感反射比光谱体现了不同的特点,而且成因不同。(3)通过分析400nm水色要素吸收系数分布情况,发现了河流陆源物质输入对近岸非色素颗粒物分布特性有重要影响,其次对黄色物质也有很大的影响,而浮游植物及其腐烂降解的产物对水体中黄色物质浓度产生的影响不大。(4)通过分析400nm水色三要素吸收系数占总吸收系数比例,发现不同海区光学特性的主要影响要素也各不相同。     

光滑表面内孤立波光学遥感图像的实验研究

基于光学遥感图像的内孤立波参数反演是一项重要的工作。本文在实验室条件下提出一种新方法用于模拟光滑表面情况下内孤立波的光学遥感成像。基于二维内波水槽、LED平板面光源和CCD相机搭建仿真光学遥感系统探测内孤立波。水平表面的光学遥感图像和垂向内孤立波传播图像被同时探测，旨在探讨在光滑表面下，光学遥感与内孤立波的响应。结果表明，内孤立波传播经过时，CCD1相机获得暗纹，暗纹的特性随光源入射角的变化而变化。光学遥感特征参数和垂向波要素相对应。实验还显示光学遥感图像的暗纹宽度与内孤立波的半波宽度在不同内孤立波振幅下呈现正相关关系。该系统有着现象清晰，重复性高的优点，为定量研究光学遥感成像机理提供科学依据。     

蒙特卡洛方法模拟黄东海区水体光学特性的技术研究

基于海洋光学辐射传输原理,采用蒙特卡洛方法,建立水体光学特性的正演模型,该模型可以利用水体的固有光学特性作为输入,模拟水体的表观光学特性。文中将其应用在我国近岸海域,利用本模型与2003年春季黄东海区的实测数据进行模拟,并对模拟所得遥感反射率光谱的谱型和数值与实测数据进行对比分析,结果表明:模型给出的遥感反射率的模拟结果与实测数据谱型一致,符合我国近岸二类水体的典型光谱,并且数值偏差能够控制在20%以内,为今后进一步研究我国近岸水体光学特性打下基础。     

青海湖水表光学特性分析

青海湖是中国遥感卫星辐射校正场之一。论文结合2003年8月对青海湖水光学特性现场调查的工作情况,分析并给出了试验区域水体光学特性的基本分布特点。     

水面之上法测量水体光谱的关键技术

对水体光谱特征的研究是海洋水色遥感的基础工作之一。水体的光谱特征包括:表观光学特性和固有光学特性。在水体的表观光学特性研究方面,目前国际水色界推行的有:剖面法和水面之上法(也称表面法)。由于我国近岸水体混浊度较高,浅水区域较多,研究这类水体的表观光学特性应以水面之上法为主、剖面法为辅。介绍了水面之上法水体光谱的测量技术,就其中关键技术问题进行了讨论。     

东海赤潮高发区水体光谱吸收特性分析

赤潮是海洋中一种复杂的生态异常现象。赤潮的爆发、不仅严重影响近海景观,破坏水产养殖,危害人体健康,还对海洋生态平衡造成破坏,给人类造成惨重经济损失。近年来,在我国的赤潮观测记录中,赤潮的年发生次数逐渐增加,且面积不断增大,因此,对赤潮的发生发展机理及预测治理研究是科学家刻不容缓的研究课题。 赤潮发生时,赤潮生物大量聚集,使水体颜色发生明显变化,进而赤潮水体的光谱特征发生变化,且存在差异,使利用水色遥感监测赤潮成为可能,还可以用来区分赤潮种类的不同。水体光谱的变化特性(包括吸收与散射特性)是水色赤潮遥感监测的基础,是水色遥感生物光学算法开发的重要组成部分。因此对赤潮水体进行光谱吸收特性的分析研究对于发展研究海区的水色遥感生物光学算法及赤潮遥感监测方法都有重要意义。     

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。     

用两流模型计算海洋水体光谱反射比

一、前言在海洋水色遥感信息的定性和定量分析中有二个需要解决的主要问题:一是,从遥感资料中提取出有用的信息;这包括推算海-气界面的反射、大气衰减和散射的影响;二是,要说明海洋水色光谱与海水光学特性的关系。第二个问题的关键是把海水光学特性与水色光谱R(λ)的关系公式化。本文应用Schuster的著名海中辐射传输的两流模式,计算海洋水色光谱,即把水色光谱与水光学特性的关系公式化,为遥感中的海洋环境要素的谱分析提供理论依据和方法。     

水体石油类信息遥感提取模式研究

石油类是水体有机污染物中的一种,其对水体吸收系数的影响主要体现在有色可溶性有机物(chromophoric dissolved organic matter,CDOM)的光吸收特性上。在水色遥感领域,CDOM光吸收特性主要用其在参考波段的吸收系数和光谱斜率来表征。利用2008年5月、2009年8月和2010年6月在辽宁省盘锦市辽河油田境内获取的CDOM吸收系数、水体表观光学特性以及石油类污染浓度等试验数据,确定表征石油类污染水体CDOM吸收光谱特性的光谱斜率;根据光谱斜率以及表征CDOM浓度的440 nm参考波段吸收系数,建立遥感反演水体石油类污染浓度的模式,并利用31个野外现场实测值对模式精度进行了验证,结果表明,该模式的相对误差为7%;将该模式应用于国产卫星环境一号遥感数据,获取双台子河及辽东湾近岸水体石油类污染空间分布图。     

长江口及其邻近海域CDOM光谱吸收特性分析

研究了长江口及其邻近海域有色可溶性有机物(CDOM)的光吸收特性,分析了CDOM浓度(吸收系数a(440))、光谱斜率(S_g)与盐度的关系。结果表明:长江口及其邻近海域CDOM的a(440)变化范围为0.21~0.85 m^-1,平均值为0.44 m^-1;S_g值的范围为0.013 3~0.016 7 nm^-1,平均值为0.014 nm^-1;a(440)的水平分布表现为长江口海区比外海区高,S_g的水平分布表现为长江口海区比外海区低,反映了长江口海区CDOM中的腐殖酸成分比外海区大。研究区内a(440)与盐度、S_g与盐度明显线性相关,表明CDOM在河口混合行为中呈保守行为,CDOM具有良好的保守性质。     

珠江口海域a_g(440)遥感模式研究及应用

有色可溶性有机物质(Coloured Dissolved Organic Matter,CDOM)直接影响着海水的光学性质,为水体有机污染物含量遥感反演的基础参数之一。在水色遥感研究领域,一般用440nm波长位置的吸收系数ag(440)来表示其浓度,因而建立ag(440)遥感反演模式,对于掌握相关海域CDOM浓度的空间变化规律及进一步提取其他水环境参数具有重要的作用。利用2013年11月和2014年2月两个航次在珠江口海域现场采集的表观光学量及固有光学量数据,建立了基于HJ-1/CCD卫星传感器的ag(440)遥感反演模型,并应用于珠江口海域,得到该区域2012年1月至2014年6月晴天CDOM浓度空间动态分布图。研究结果表明:(1)现场测定的珠江口海域ag(440)在0.1~0.3m-1,且不同断面ag(440)呈现出一定的规律性变化;(2)利用现场实测数据对遥感模式估算值进行验证,计算出估算值的相对误差为9%,表明所建立模式具有较高的准确率;(3)遥感反演的CDOM空间分布数据与实测数据得到的分布特征基本吻合,整个珠江口及其邻近海域ag(440)的数值范围为0.07~0.31m-1,而且珠江口西部海域ag(440)高于中部和东部海域。     

大洋河河口海域有色溶解性有机物的光学特性及遥感反演模型

有色溶解性有机物(CDOM)在河口混合过程中近似呈保守行为,可作为水团运动的示踪剂.基于2009年5月6日大洋河河口海域水体调查的实测数据,对该区域CDOM光学特性及遥感反演模型进行了研究,结果表明:研究区域CDOM主要来自河流输入,成分相对较稳定,属于典型的近岸二类水体区域;波长275～295 nm的光谱斜率和波长4...     

东海典型水体的黄色物质光谱吸收及分布特征

水体中的有色可溶性有机物(又称"黄色物质")是遥感监测水质分类的主要参数之一,研究其光谱吸收性质具有重要的实际意义。东海海区受长江冲淡水等陆源输入的影响,水体浑浊,光学性质复杂,以往对该区域CDOM吸收特征的研究相对较少。利用"九○八"我国近海海洋光学调查航次数据,获得了2006-2007年四个季节东海水体样品CDOM的光谱吸收数据,建立了包括杭州湾高浑浊水体、长江冲淡水、外海水体等东海不同水体类型的CDOM光谱模型及其典型波段的吸收系数分布情况。发现近岸受陆源输入影响大的海区其光谱性质与外海有明显区别,主要体现为近岸尤其在杭州湾附近站点短波段吸收系数值非常高,而且随波长增加吸收系数曲线衰减迅速,同时还有一定的季节变化,外海站点短波段吸收值则明显要低。这反映了CDOM的陆源输入特性,愈向外受到海水的混合稀释作用愈显著,验证了CDOM可以作为近岸海水水质监测的重要参数。对该海区内CDOM的实测荧光性质进行了相关分析,结果表明CDOM荧光与吸收系数之间有很好的线性相关关系,可以作为荧光方法遥感监测该海区CDOM的有价值的参考。     

Seasonal dynamics of light absorption by chromophoric dissolved organic matter (CDOM) in the NW Mediterranean Sea (BOUSSOLE site)

We analyze a two-year time-series of chromophoric dissolved organic matter (CDOM) light absorption measurements in the upper 400 m of the water column at the BOUSSOLE site in the NW Mediterranean Sea. The seasonal dynamics of the CDOM light absorption coefficients at 440 nm (a_cdom(440)) is essentially characterized by (i) subsurface maxima forming in spring and progressively reinforcing throughout summer, (ii) impoverishment in the surface layer throughout summer and (iii) vertical homogeneity in winter. Seasonal variations of the spectral dependence of CDOM absorption, as described by the exponential slope value (S_cdom), are characterized by highest values in summer and autumn at the surface and low values at the depths of a_cdom(440) subsurface maxima or just below them. Variations of a_cdom(440) are likely controlled by microbial digestion of phytoplankton cells, which leads to CDOM production, and by photochemical destruction (photobleaching), which leads to CDOM degradation. Photobleaching is also the main driver of S_cdom variations. Consistently with previous observations, a_cdom(440) for a given chlorophyll a concentration is higher than expected from Case I waters bio-optical models. The total non-water light absorption budget shows that surface waters at the BOUSSOLE site are largely dominated by CDOM during all seasons but the algal bloom in March and April. These results improve the knowledge of CDOM absorption dynamics in the Mediterranean Sea, which is scarcely documented. In addition, they open the way to improved algorithms for the retrieval of CDOM absorption from field or satellite radiometric measurements.     

基于遥感反演的浒苔绿潮暴发对有色溶解有机物与叶绿素时空分布特征的影响

浒苔的暴发会对水体生态环境产生巨大的影响, 对此进行遥感监测具有十分重要的意义。本文基于现场同步实测的有色溶解有机物(colored dissolved organic matter, CDOM)吸收系数、叶绿素浓度以及光谱数据建立遥感反演模型,再结合MODIS卫星影像提取山东半岛南侧近岸海域在各年份浒苔暴发前后CDOM与叶绿素浓度的时空分布特征。结果表明, 浒苔的消亡分解会在水体中产生大量的CDOM, 但浒苔的生长繁殖同样会消耗CDOM, 此外CDOM还受到浒苔暴发时期强烈的光降解作用。在各种因素的综合作用下, 研究区海域CDOM浓度在浒苔暴发时期微弱升高, 浒苔消亡后CDOM浓度则开始回落。浒苔在暴发期会抑制其他浮游微藻的生长, 使研究区海域叶绿素浓度有所降低, 而浒苔消亡后叶绿素浓度有所上升。水体中的叶绿素受多种生物地球化学因素的影响, 因此叶绿素浓度的降低与浒苔的暴发强度之间没有明确的相关性。遥感反演可以大范围快速地提取水体中各种要素的分布情况, 但就浒苔的暴发对海水中各要素的影响机制而言, 还需要结合各种生态环境因子进行综合分析。     

长江口外海水中有色溶解有机物（CDOM）的光吸收特性

基于2008年5、11月2次调查数据,研究了长江口邻近海域水体有色溶解有机物（CDOM）的光吸收特性及其时空分布特征,探讨了CDOM含量、光谱斜率Sg值及其与特征波长下吸收系数a（440）的关系.结果表明,春季该海域有色溶解有机物的吸收系数a（440）的范围为2.232~8.671 m-1,平均值为4.523 m-1;秋季其吸收系数a（440）的变化范围为0.390~6.135 m-1,平均值为2.209 m-1.该水体CDOM吸收曲线基本呈指数衰减趋势.在400~440 nm波段内,春季其光谱斜率Sg值范围为0.002 0~0.014 2 nm-1,平均值为0.008 7 nm-1秋季的介于0.020 8~0.052 6 nm-1之间.平均值为0.037 5 nm-1.同时有色溶解有机物吸收系数a（440）与Sg值存在着较显著的负相关关系.     

Chromophoric dissolved organic matter and dissolved organic carbon in Chesapeake Bay

Chromophoric dissolved organic matter (CDOM) is the light absorbing fraction of dissolved organic carbon (DOC). The optical properties of CDOM potentially permit remote sensing of DOC and CDOM, and correction for CDOM absorption is essential for remote sensing of chlorophyll a (chl a) in coastal and estuarine waters. To provide data for this purpose, we report the distributions of CDOM, DOC, and chl a from seven cruises in Chesapeake Bay in 1994–1997. We observed non-conservative distributions of chl a and DOC in half of the cruises, indicating net accumulations within the estuary; however, there were no net accumulations or losses of CDOM, measured as absorption at 355 nm or as fluorescence. Freshwater end member CDOM absorption varied from 2.2 to 4.1 m⁻¹. Coastal end member CDOM absorption was considerably lower, ranging over 0.4–1.1 m⁻¹. The fluorescence/absorption ratio was similar to those reported elsewhere for estuarine and coastal waters; however, in the lower salinity/high CDOM region of the Bay, the relationship was not constant, suggestive of the mixing of two or more CDOM sources. Chl a was not correlated with the absorption for most of the cruises nor for the data set as a whole; however, CDOM and DOC were significantly correlated, with two groups evident in the data. The first group had high CDOM concentrations per unit DOC and corresponded to the conservative DOC values observed in the transects. The second group had lower CDOM concentrations per unit DOC and corresponded to the non-conservative DOC values associated with net DOC accumulation near the chl a maximum on the salinity gradient. This indicates the production of non-chromophoric DOC in the region of the chl a maximum of Chesapeake Bay. In terms of remote sensing, these data show that (1) the retrieval of the absorption coefficient of CDOM from fluorescence measurements in the Bay must consider the variability of the fluorescence/absorption relationship, and (2) estimates of DOC acquired from CDOM absorption will underestimate DOC in regions with recent, net accumulations of DOC.     

水体中有色可溶性有机物的研究进展

有色可溶性有机物(CDOM)是水体中一类重要的光吸收物质,在短波的吸收大大降低了紫外辐射在水体的衰减,因而其光学行为和生物地球化学循环将对水体生态系统产生重要影响。CDOM在水体生态系统、水色遥感和全球碳循环研究中具有广阔的应用前景。文章综述了国内外CDOM研究现状与动态,其中包括CDOM的光吸收特性、荧光特性、光化学降解以及CDOM和DOC浓度的水色遥感,最后提出在内陆水体湖泊中开展CDOM研究的设想。