两种水体后向散射系数测量方法的比较研究

水体后向散射系数的测量方法是固有光学量中的一个难点和待完善部分.以2010年9月蓬莱航次获得的实验数据为例,比较分析了分光光度计测量水体后向散射系数与水体后向散射系数测量仪HvdroScat-6测量法的实测结果,结果表明两者所测结果在蓝绿光波段有较好的一致性.     

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.     

水体颗粒后向散射系数测量一致性对比实验研究

颗粒后向散射系数是水体最重要的固有光学参量之一,也是海洋水色卫星遥感的核心参数。现场准确测量水体颗粒后向散射数据,对于水色遥感模型构建以及水色遥感产品真实性检验至关重要。本文针对常用的3种水体颗粒后向散射系数原位测量仪(HydroScat6,VSF3和BB9),通过比测实验,对三者测量结果的一致性进行了比较分析。结果表明,在清洁水体中3种仪器对颗粒后向散射系数测量具有较好的一致性;但在浑浊水体中,HydroScat6和BB9测量值会比VSF3高,三者偏差显著增大。同时,数值模拟和实验结果均表明,颗粒形状会对测量结果产生影响,3种仪器对球形颗粒的后向散射系数测量结果的一致性显著好于野外颗粒结果。     

多角度测量石油类污染水体后向散射系数的方法研究

后向散射系数bb是水体固有光学参数之一,在水色遥感模型建立中起着重要的作用。目前主要利用美国Hobilabs公司的Hydro Scat-6(HS-6)或美国Wetlabs公司的BB-9两种后向散射测量仪器在现场进行测量。石油类污染水体中石油类物质与悬浮泥沙共同影响着水体后向散射系数bb,这两种仪器的测量值都是基于单一角度而获取的,难以实现利用其来进一步区分石油类和悬浮物的后向散射系数贡献。通过对纯水、石英砂微粒、油污水进行各种配比试验,获取不同组合样本,利用美国Sequoia Scientific公司的LISST-100X粒径仪和美国Wyatt公司的Dawn Heleos II(DAWN)十八角度静动态激光散射仪,结合Mie散射算法,探索出两种多角度获取bb的方法。一种是利用LISST-100X粒径仪测量值,再基于Mie散射算法计算得到;另一种方法是对Dawn Heleos II十八角度静动态激光散射仪进行定标以后,利用其测量值计算出bb。对比分析了两种方法所获取的结果,并对产生误差的原因进行了分析。     

北部湾后向散射系数的时空分布与变化分析

后向散射系数是固有光学量中散射系数的重要组成部分,在海洋水色遥感反演中具有重要的作用。本文对比分析了北部湾2017年冬季和2018年夏季41个站位点所测得的数据,得到后向散射系数的空间分布以及后向散射系数与悬浮泥沙之间的关系,主要获得如下结论:(1)后向散射系数光谱曲线呈现平缓减少趋势,各个波段的后向散射系数的光谱模型呈乘幂形式;(2)北部湾后向散射系数空间分布特征受潮汐洋流的控制,表现为近岸高值、离岸低值的特征,与黄海、东海等海域后向散射系数空间分布相类似,而且冬季高值区域分布比夏季大;(3)后向散射系数与悬浮泥沙质量浓度相关性较好,其判定系数R~2=0.69,可建立与悬浮泥沙质量浓度的关系模型。     

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。     

黄东海海区悬浮颗粒物后向散射系数和后向散射比的空间分布规律研究

悬浮颗粒物在海洋光学特性中扮演着重要角色,后向散射系数是水色遥感反演中最主要的基础参数之一,因此对于悬浮颗粒物后向散射系数的研究具有重要意义。利用2003年4月黄东海春季航次测量的吸收、衰减和后向散射数据,研究该区域悬浮颗粒物后向散射系数和后向散射比的光谱特征以及空间分布规律。研究结果表明颗粒物后向散射系数光谱呈指数衰减且在垂直方向上与深度正相关;后向散射比的光谱具有波段特征;由于近岸颗粒物浓度大、粒径小,远岸颗粒物浓度小、粒径大以及湍流扰动的影响,导致后向散射系数和后向散射比呈现出在近岸海域较大而在远岸海域较小的空间分布规律。     

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。     

基于FTF/T-R法的水体后向散射系数测量方法研究

文章给出了一种利用FTF/T-R方法的操作原理并结合算法获得水体悬浮颗粒物后向散射系数的方法.通过该方法对藻类样品和悬浮泥沙样品的后向散射系数进行测量,样品的转移效率超过92.2％,悬浮泥沙样品后向散射系数光谱曲线呈现幂指数曲线特征.利用该方法对标准颗粒物进行测量,其实际测量值与理论计算值的对比结果显示:380～480nm波长范围内,两者的相对标准偏差为21％,480～565nm两者的相对标准偏差为9.7％,565～680nm实测值大于理论值,证明该方法对于测量水体后向散射系数是一种可行的方法.     

机载海洋波谱仪回波数据处理方法研究

海洋波谱仪机载飞行试验通过对星载天线进行宽波束等效,能够测量海面后向散射系数,进而反演波浪谱及波浪参数。利用该系统在黄海中部进行飞行试验,对小入射角下波浪测量数据进行处理和分析,采用后向投影积分校正载机运动和天线旋转引起的越距离单元徙动,采用交叉谱方法降低斑点噪声,实现小海况下波浪谱反演,结果表明海洋波谱仪测量得到的波浪谱、有效波高、主波长、主波向等波浪参数与浮标、卫星同步测量吻合较好。     

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.     

琼东水体后向散射系数与浮游植物生物量的关系模型*

海洋中光后向散射系数的变化包含了浮游植物生物量的信息, 可应用于卫星遥感和光学剖面观测平台获取海洋中大时空尺度-高分辨率剖面的浮游植物生物量变化特征。本文选取了琼东上升流影响下生物—光学变异性较为显著的海域, 基于2013年航次实测数据, 建立了颗粒物后向散射系数(b_bp)与叶绿素a浓度(Chl a)间的区域性关系模型。模型假定颗粒物后向散射系数由不随叶绿素浓度变化的固定背景值, 以及较大粒级(>2μm)和pico级(微微型, <2μm)两类浮游植物的后向散射贡献累加所得。采集的数据集进行了模型检验, 结果表明, 模型能很好地模拟琼东海域水体的b_bp与Chl a间的变化趋势, 性能优于常用的幂函数关系模型, 尤其在低叶绿素浓度范围, 很好地解决幂函数显著低估的现象; 琼东海域的b_bp和Chl a关系存在显著的水层变化, 底层后向散射固定背景值显著高于上层水体背景值, 表明底层受上升流的影响, 水体中不随Chl a共变的颗粒物浓度增大, 其后向散射相应增强; 叶绿素最大层的后向散射固定背景值显著低于上层其他水体的固定背景值, 后向散射固定背景值的贡献百分比约为21%~35%; 随着叶绿素浓度增大, 较大粒级的浮游植物对颗粒物后向散射系数的贡献也显著增大, 可达到50%以上, pico级浮游植物贡献稳定在40%附近。本研究的结果将为琼东海域浮游植物生物量的光学遥感、生物地球化学过程研究提供更为精确的区域性模型和基础支撑数据。     

HY-2B卫星载荷联合观测海面阵风的一种反演方法

国内外对海上阵风的研究并不多,且大多集中在阵风预报和应用研究方面,对于海洋阵风数据的获取技术未见文献系统论述。本文利用HY-2B卫星雷达高度计观测的后向散射系数,结合校正微波辐射计观测的亮度温度信息,提出联合反演阵风风速的方法。两个遥感载荷联合反演得到的阵风风速与2019–2021年美国国家浮标数据中心（NDBC）浮标数据进行真实性检验,结果显示：阵风风速均方根误差（RMSE）为0.98 m/s,相关系数为0.82;基于本方法利用国外同类卫星Jason-3得到的阵风风速与2016–2018年NDBC浮标数据的RMSE为0.96 m/s,相关系数为0.88。本文在HY-2B卫星雷达高度计海面风速观测的基础上,纳入同一卫星平台校正微波辐射计的同步观测信息联合实现了海面阵风的观测,数据的比对结果证明文中方法具有较高的观测精度。同时,该方法对于具有相同观测体制的国内外卫星也适用。     

水体石油类物质生物-光学遥感反演模型

A biooptical modeling, which is based on a radiation transfer model, can be employed to simultaneously retrieve the concentration of various colour factors by multi-spectral remote sensing data, after connecting inherent optical properties （absorption coefficient and backward scattering coefficient） of colour factor with apparent optical properties （remote sensing reflectivity）. At present, this method has been used in a relatively wide range of applications in the inversion of a conventional water colour factor concentration in the case II water body： applications such as chlorophyll, suspended sediment, yellow substance. On the basis of extensive field testing data of water quality, correspondingly apparent optical properties, and the full use of the existing parametric model of colour factor inherent optical properties （with the parametrization of petroleum substance inherent optical properties established in the project） the remote recognition model for oil concentration is established by introducing oil as a new water co/our factor into a biooptical remote algorithm. The estimated value of the oil concentration was obtained by solving the biooptical model, using the data measured in May 2008 and August 2009 and June 2010 in seawater. The highly accurate inversion result promises to estimate the oil concentration in water for remote sensing.     

空间分辨率对水深遥感反演的影响分析

遥感水深反演中空间分辨率的影响是一个重要的科学问题。本文使用东岛的QuickBird和WorldView-2多光谱影像及实测水深点进行实验研究,实验使用了原始空间分辨率（2.4/2m）以及4种降空间分辨率（4m,8m,16m和32m）的影像,使用相同的水深控制点开展水深遥感反演,并对水深反演结果使用相同的检查点进行精度验证。实验结果表明,随着空间分辨率由2.4/2m降低至4m,8m和16m,水深遥感反演的精度呈现出逐渐提高的趋势,进一步降低空间分辨率则会导致水深反演精度下降。当影像空间分辨率为16m时,水深反演结果误差最小且与实测水深值相关性最高,此时两景影像的水深反演平均相对误差分别21.2%和13.1%,相对于最大值分别降低了14.7%和2.9%;平均绝对误差分别为2.0m和1.4m,相对于最大值分别降低了1.0m和0.5m。本文研究结果为水深遥感反演研究与应用中遥感数据的选择提供了参考。     

水体石油类含量测量方法进展

近年来,海上石油污染呈现高频率,且污染程度和面积迅速扩大的态势,给海洋生态环境造成灾难,对污染的评估和消除迫切需要时间和空间上连续的观测数据来支撑。目前水体石油类含量测量方法主要包括仪器测量和遥感反演两种方式。国内外仪器测量主要采用紫外分光光度法、荧光分光光度法、红外分光光度法和非分散红外法,从这些方法的基本原理入手,剖析了各自特点和适用范围;利用2008—2010年在辽东湾获取的水体石油类污染分析数据,探讨了利用水体固有光学特性(吸收系数和散射系数)提取水体石油类含量信息的可行性;根据石油类物质在中红外波段的吸收特征,提出了利用中红外遥感判断水体石油类物质烃类组成成分的依据;最后对仪器测量结果和遥感模型反演结果进行现场验证的实验方案进行了合理性设计。     

高分影像砂质海岸线精细提取及校正方法

通过遥感影像稳定获取大范围、连续性海岸线数据,是开展海岸带研究的重要手段之一.针对传统边缘检测算法处理高分辨率遥感影像存在的噪声敏感性、阈值不稳定性等问题,引入一种强鲁棒性的结构森林边缘检测(Strected?Forests?Edge?Detection,?SE)算法,对海口市西海岸砂质岸线进行识别,并提出基于Bruu...