水下辐照度分布的异常尖峰现象及其机理初探

简述了水下辐照度异常尖峰分布现象和它的主要特征，根据海水光学参数的关系及水下总辐射的指数衰减方程导出了上行和下行辐照度垂直分布的三参数模型，该模型包括三个参数：海水体吸收系数ａ（ｚ）、后向散射系数ｂｂ（ｚ）和平均余弦的初始边界μ，（０）。利用该模型对几种典型水体中辐照度垂直分布的模拟结果与海上实测结果很一致。在模拟计算基础上，分析讨论了异常尖峰的产生机制。     

水下辐照度分布的三参数模型——异常尖峰的理论解释

本文根据海水光学参数的关系及水下总辐射的指数衰减方程,导出了下行和上行辐照度垂直分布三参数模型,分析并讨论了异常尖峰的产生机制.该模型包括三个光学参数:吸收系数a(z)、后向散射系数b_b(z)、平均余弦的初始边界值μ(0).在此基础上对几种典型水体的辐照度分布进行模拟,模拟结果表明,在光学参数存在极大值分布的水层,水下辐照度可能产生异常尖峰分布.模拟结果与海上实测结果很一致.     

分层水体对表层辐照度比影响的蒙特卡罗分析

众多海洋观测数据表明,在真光层深度范围内,海水固有光学特性和光学有效组分的剖面分层分布是广泛存在的,而很多遥感反演模型的建立基于均一分布假设,尤其是在经验模型的建立中,往往只利用某一深度或各深度平均的光学有效组分浓度与水体光谱的统计关系。文章通过模拟平静水面水下光的辐射传输,分别研究了叶绿素、无机悬浮物浓度垂直分布结构对水下辐照度比的影响,并对比了两类分层水体权重函数等效浓度计算式及相应水下辐照度比,结果表明,对于分层水体,透射深度和层化强度是影响等效浓度值计算误差的主要因素,透射越深,表层层化越强,水体层化对水下辐照度比的影响就越大,但其计算误差也越大。Gondon等效浓度计算结果比较接近实际值,而Zaneveld计算式则高估了分层水体的等效浓度值。     

1997年8月台湾浅滩南部边缘海域主要光学要素的多周日变化分析

通过对１９９７年８月中旬在台湾浅滩南部边缘海域所获得的光学参数数据进行分析,对水下辐照度、光束衰减率和光束透射率等主要光学参数的多周日变化规律及其形成机制进行了探讨。认为调查期间,台湾浅滩南部的水下辐照度自上而下表现出了很好的规律性和一致性,各层的辐照度随时间峰谷型分布,与太阳辐射强度规律符合得较好;不同时刻的光束衰减率的垂直分布相似,往往在３０ｍ层上下出现一个峰值。光束透射率与光束衰减率存在反相     

高精度新方法测量计算船舶磁场分布

将高精度质子磁探仪和位场变换理论用于测量计算船舶磁场，以研究其在海洋中的分布。由质子磁探仪实测海面上１０ｍ处磁场的模（船的磁场与地磁场矢量的和的绝对值），用位场变换理论计算出船的磁场三个分量在水面和水下的分布；并采用一系列有效措施，提高计算速度和结果的精度。将该方法和磁球理论严格解比较，在ｚ＝０面上误差小于０．１％，在ｚ＝－２０ｍ面上误差小于１％；还给出船的磁场强度在船的纵横向的分布曲线和平面立体     

基于FIO-COM的海洋声学预报系统的构建与应用

将海洋模式与声传播模型结合在一起,设计开发了一种适用于高性能计算机的全球海洋声学预报系统FIO-GOAFS,该系统以自然资源部第一海洋研究所全球0.1°分辨率海浪-潮流-环流耦合模式（FIO-COM）为基础,利用海洋模式预报的温、盐、深参数计算声速剖面,并对声速剖面进行水声环境特征诊断,之后将海洋模式与水下声场传播模型协同连接,结合地声模型（海底地形和底质参数）,实现了全球海域的水声环境特征诊断及水下声场及相关结果的预报。海洋模型提供水下声学预报所需的水体声速、海浪波高等参数,地声模型提供海底地形、底质声速、密度以及衰减等参数,通过调用海洋-声学连接模块提取声传播路径的地形及海洋环境参数剖面,实现海洋模型和声学模型的有效连接。全球海洋声学预报系统在高性能计算机上并行实现,主要包括声场计算中的频点、方位角并行以及声学预报时针对地理空间区域的并行。最后,利用该系统预报并分析了全球海域的水声环境特性及声呐作用距离的季节变化和空间分布特征,为现代声呐的设计、操作和水下应用提供参考。     

南沙群岛海域水体漫衰减系数Kd(490)的特性研究

对南沙群岛海区水体Kd(490）的特性进行了深入分析和探讨,研究结果表明：Kd（490）的垂直分布与同步测量的海水叶绿素a浓度的垂直分布有很强的相关性;Kd（490）的垂直分布反映出该区域海水存在较强的分层现象,研究中还发现上行辐亮度漫衰减系数KL（490）与Kd（490）垂直变化趋势相当一致,但是以二者达到最大值的深度为界,上层水体的KL（490）值稍大于Kd(490）值,在这一深度以下则相反。     

海洋光合有效辐射分布的计算模式

针对一类海水，采用美国标准大气模型和一类水体海洋生物-光学特性的半分析方法，建立了海洋光合有效辐射计算模式。模式比较全面地考虑了大气、海-气界面和水体的光辐射传输过程，能较好地用于分析叶绿素浓度以及光辐射场的角分布对光俣有效辐射分布的影响。对模拟结果的分析以及与实测结果的比较表明，该模式能较好地应用于计算衰减系数、光谱辐照度随深度的分布、光合有效辐射随深度的分布和真光层深度，在海洋生态系统的光动力学研究和水色遥感方面有效好的应用前景。     

水下滑翔器的运动建模与分析

介绍了水下滑翔器的工作机理，对其沉浮阶段的滑翔过程进行了动力学分析，推导了滑翔器在垂直剖面上的动力学方程。论文深入分析了水下滑翔器稳态时的运动规律，以水下滑翔器试验模型为例，推导了其稳态运动参数，通过线性化与适当的简化，得到模型在垂直剖面上的运动状态方程，讨论了系统的可控性与可观测性，为水下滑翔器系统的开发设计和控制提供了理论依据，具有重要的指导意义。     

北黄海浮游动物昼夜垂直移动的初步研究

本文对黄海北部主要浮游动物的昼夜垂直移动作了初步探讨。结果表明，该海区浮游动物的昼夜垂直移动可分为移动显著和不显著二种类型，前者是一些较大的浮游动物，后者是一些较小的浮游动物，另外还可大致分成上层分布，中、下层分布以及水体中均匀分布三种类型。本文不讨论了几种环境因素对浮游动物昼夜垂直移动的影响。     

东海海域典型赤潮水体反射光谱模拟研究

东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense Lu)是我国东海海域的典型赤潮藻种,其在水体中通常呈垂直非均匀分布,并存在季节性和日内的垂直迁移现象。本文通过量化垂直迁移过程中东海原甲藻的分布状态,利用Hydrolight软件数值模拟各状态下的水体反射光谱,研究其光谱特征和变化规律。利用叶绿素浓度高斯垂向模型表征东海原甲藻在水体中的垂直分布,结合东海近岸海域二类水体的生物光学模型,模拟得到垂直迁移过程中东海原甲藻赤潮水体的反射光谱。对比分析叶绿素浓度垂向分布参数(背景叶绿素浓度、甲藻主体水层厚度、水体总生物量和叶绿素浓度峰值深度)对水体反射光谱的影响。研究结果表明,在东海原甲藻从次表层向表层垂直向上迁移过程中,水体反射光谱数值在蓝绿波段(400—570nm)减小,在黄红波段(570—720nm)增大,特别是在叶绿素荧光效应波段(680nm)处的变化尤为明显。     

水下视觉SLAM相机成像畸变纠正研究

针对水下视觉SLAM相机成像畸变问题,分析了水下机器人相机成像畸变原因,构建了纠正模型计算畸变系数以获取正确的像素坐标,实验证明在空气和水两种不同介质中,相机内参和畸变系数均有较大差异,而在不同水体中,仅畸变系数存在变化。表明在进行水下SLAM时,采用当前实验水体标定参数可以获取更好的定位和地图构建结果。     

水下目标光学隐蔽参数测量方法研究

水下目标光学隐蔽参数测量技术在光学侦察、探测水下目标等军事运用中发挥了非常重要的作用。为了改变以往使用透明度盘测量海洋光学参数方式,提高测量的效率和测量结果精准度,在分析水下目标光学隐蔽参数的基础上,设计了船载水下目标光学隐蔽参数测量方法,利用lightools软件优化光学探头设计,采用无线方式实时传输海水光学参数数据,并进行了海上实验,测量得到了海水辐照比、海水体衰减系数和漫衰减系数,完成水下目标光学隐蔽参数分析,实验证明了该测量方法的可行性和可靠性。     

北黄海水中辐照度的分布变化特征

本文对北黄海５次现场调查中获得的水中辐照度资料，应用统计分析方法，建立辐照度随水深变化的关系模式，分析辐照度的垂直衰减特性。结果表明：辐照度随水深按指数函数规律衰减，辐照度垂直衰减系数Ｋ有明显的季节变化和区域特征，不同水层的Ｋ值各不相同，Ｋ的变化存在分层结构。     

北黄海水中辐照度的分布变化特征

本文对北黄海５次现场调查中获得的水中辐照度资料，应用统计分析方法，建立辐照度随水深变化的关系模式，分析辐照度的垂直衰减特性。结果表明：辐照度随水深按指数函数规律衰减；辐照度垂直衰减系数Ｋ有明显的季节变化和区域特征；不同水层的Ｋ值各不相同，Ｋ的变化存在分层结构。     

海洋条件下目标-背景对比度计算分析

推导了海洋条件下目标-背景对比度的计算公式,根据辐射传输方程,采用Eddington近似方法求解,建立了海洋条件下目标-背景对比度的表达公式。计算并分析了太阳高度、观测者角度、海水体衰减系数及目标所处深度对目标-背景对比度的影响。文中得出如下结论:垂直方向侦查时,太阳高度角在40°左右条件下的目标-背景对比度最大,最容易侦查到水下目标;目标-背景对比度随目标所在深度增大而减小,随海洋体衰减系数的增加而降低;太阳高度角为90°、观测者天顶角余弦在0.8~0.9范围时的目标-背景对比度存在较大尖峰值。研究结果为光学探测水下目标及水下航行器反光学探测提供理论支撑。     

真光层的颗粒动力学──Ⅵ.南海东北部海域上层水体颗粒动力学的示踪研究

利用234Th－238U不平衡研究南海东北部海域3个站位上层水体中的颗粒动力学性质，测定了水往中溶解态及颗粒态234Th的比活度，具体讨论各相中234Th／238U）AR（放射性活度比）比值的垂直分布情况及其与水化学要素间的关系。运用稿态箱式模型计算出各站位不同水层中溶解态234Th相对于清除至颗粒物的平均停留时间和颗粒态234Th相对于迁出作用的停留时间。由模型得出的参数表明3个站位的真光层具有两种不同的层化图像，这一情形与我们在南沙群岛海域得到的结果相一致。结合POC／PTh比值，估算出3个站位从真光层输出的颗粒有机碳（POC）通量分别为4.025.0和5．4mmolC·m－3－d-1。文中进一步讨论了234Th与POC两者停留时间的关系。     

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。     

北戴河海滩泥沙捕获实验及其初步结果分析

介绍了利用泥沙捕获器观测破波带泥沙垂直分布结构的现场实验方法和基本程序，以及利用实验结果计算泥沙通量的方法。研究表明，近岸带泥沙运移通量及其在垂向上的分布受破波带相对位置和海滩地形变化的影响。在破波点附近，波浪的搅动和流场作用强，泥沙运移通量增大，泥沙在波浪的作用下可以大量进入垂直水体以悬移和跃移的方式运移。在本实验中，破波点附近的泥沙在距海底100cm的垂直水体中运移，通量垂向向上逐渐减小。远离破波点，泥沙运移通量和进入垂直水体的高度明显下降。在地形变化复杂的有坝海滩，沙坝顶部的泥沙运移通量最大，泥沙进入垂直水体运移的机率增加，而在沙坝问的沟槽内，波浪和海流作用减弱，泥沙通量和垂向进入水体运移的比例下降。     

大气校正模型对多光谱水深反演影响的多维度分析

大气校正是水体定量遥感的基础与前提。本文从大气校正模型、大气校正模型参数、水体组分差异以及水深反演波段组合方式4个维度探讨大气校正模型对水深反演的影响。研究采用6S、FLAASH、ACOLITE与QUAC 4种大气校正模型,选取大陆型、海洋型与城市型气溶胶模式,以瓦胡岛西北侧与谢米亚岛周边浅水作为清洁水体研究区,以辽东浅滩与槟城海峡作为浑浊水体研究区,基于Landsat-8多光谱影像开展大气校正,并采用8种波段组合方式进行水深遥感反演。研究结果表明：（1）4种大气校正模型均可在一定程度上削弱大气对水体信号的影响;因参数选取以及研究区水体组分的不同,不同模型的校正结果存在一定差异;两类水体反射率峰值分别出现在蓝波段与绿波段;（2）6S大气校正模型鲁棒性较强,该模型因研究区水体组分发生变化导致对应的水深反演结果与其余模型相比波动较小;FLAASH模型在海洋型和城市型两种气溶胶模式水深反演结果在浑浊水体存在较为明显的差异,辽东浅滩浅水区平均相对误差相差7.9%;ACOLITE模型受水体类型影响显著且对浑浊水体具有优越性与稳定性,平均相对误差较FLAASH降低5.6%;(3)多波段水深反演精度...