石油类污染水体后向散射特性分析——以辽宁省盘锦市双台子河和绕阳河为例

水体悬浮物对溶解在水中的油及乳化油有吸附作用,这种作用会叠加在颗粒物上,对水体的后向散射系数产生影响,而水体后向散射系数是水色遥感的重要参数之一,对建立遥感反演石油类污染浓度半分析模型起着关键性的作用。根据2008年5月在辽宁省盘锦市辽河油田境内双台子河和绕阳河现场测定的水样,对水体组分进行浓度分析,并分别利用分光光度计及后向散射系数测量仪测定水色三要素的吸收系数和水体后向散射系数。根据获取的数据,对石油类污染水体后向散射特性进行分析,分别建立了(1)石油类污染水体后向散射系数光谱模型;(2)石油类污染水体和非石油类污染水体后向散射系数与无机悬浮物浓度的关系模型。研究结果表明:(1)在建立的后向散射系数光谱模型中,幂函数指数平均值为0.87;(2)从相关系数分析来看,对后向散射系数起主要作用的是无机悬浮物浓度,其次是石油类物质浓度,而有机悬浮物浓度几乎没有影响;(3)对于无石油类污染水体,后向散射系数与无机悬浮物浓度为对数关系模型,而与有石油类污染水体更接近线性关系模型。     

胶州湾海域海水浊度和悬浮物粒径分布及遥感反演模型

为拓展无人机搭载多光谱相机在海上应用的广度和精度,利用2021年1月、3—7月共6个航次的胶州湾海域现场观测数据,采用多种数理统计方法,开展了海水浊度和悬浮物粒径时空分布特征及基于多光谱数据的遥感反演研究。浊度和悬浮物粒径的分析结果表明,胶州湾湾内海域表层浊度冬季偏低,春夏季高,特别是5月浊度最高,是春季水华暴发浮游植物大量繁殖的结果。胶州湾悬浮颗粒以极细砂为主;悬浮物粒径冬季较粗、春季较细、夏季最小,与水动力条件的季节变化密切相关。将多光谱数据计算得到的不同波段离水辐照度反射率与浊度和悬浮物粒径分别进行相关性分析,结果显示红光波段(660～680nm)的辐照度反射率对浊度和粒径参数最敏感。基于红光波段的波段组合构建了多种函数类型的浊度反演模型,基于450和660 nm处的离水辐照度反射率构建的多项式模型反演效果最好,预测浊度与实测浊度的相关系数为0.82,预测浊度的均方根误差为1.448 FTU。通过基于红光波段的波段组合以及后向散射系数分别构建平均粒径的反演模型,基于555和660 nm处的离水辐照度反射率构建的多项式模型对平均粒径有较好的预测效果,预测结果的均方根误差为0.051...     

黄东海春季水体后向散射系数的经验模型研究

水体后向散射系数的反演模型研究是 II类水体生物 -光学算法开发的重要组成部分。通过对 2 0 0 3年 4月黄东海试验获得的水面之下遥感反射率 rrs (λ)和后向散射系数 bb (λ)的分析 ,以 bb (4 1 2 )为中间变量 ,根据水体后向散射系数的光谱特点 ,统计获得了 rrs (λ)反演的统计模型。从整体反演的效果可见 ,该模型在试验水域可使 73%的样品反演相对偏差控制在± 30 %之内 ,且多集中于± 1 0 %之内     

南海北部水体叶绿素a浓度反演的生物光学模型

利用2003年至2005年秋季在南海多个航次的现场观测数据,研究了南海北部海区遥感反射率的变化,并分析了用于全球海洋叶绿素a浓度反演的OC2和OC4模型在本海区的适用性。结果表明,在南海北部海域,OC2和OC4模型高估了叶绿素a浓度,高估范围一般约在80%—200%之间,其中最高可达640%,即OC2和OC4模型并不适用于南海海域。在此基础上,根据现场实测的表观光学数据,利用遥感反射率比值(Rrs(433)/Rrs(555))与叶绿素a浓度的关系建立了两套能够精确反演南海北部海域叶绿素a浓度的本地化经验算法———算法1和算法2,并利用其对南海北部海域的叶绿素a浓度进行反演。结果表明,由本地化模型反演得到的叶绿素a浓度与实测的叶绿素a浓度具有较好的相关关系,其平均相对偏差分别为51%和53%,相关系数为0.75。     

基于多极化后向散射系数的海洋悬浮物反演研究

以珠江口东岸香港海域为研究对象,准同步获取实测悬浮物浓度和Radarsat-2影像数据.对影像进行滤波处理和掩模处理后,利用Radarsat-2四种极化下的后向散射系数建立悬浮物浓度单极化回归模型;通过多极化后向散射系数构造多个遥感参数,运用相关性分析得到4个敏感因子,建立悬浮物浓度多极化回归模型.最终得到研究区域悬浮物浓度的反演模型为:SSC=11.08+0.06(HH+VV)-0.002(HH+VV)2,R2=0.84,其中SSC为悬浮物浓度,HH和W为该极化下的后向散射系数,R2为决定系数.研究表明:HH和W极化的后向散射系数之和对研究区域悬浮物反演最为敏感,得到的反演模型能较好预测海洋悬浮物的分布情况.     

基于分段自适应算法的浅海水深遥感反演融合模型研究

对于水深光学遥感反演研究,虽然已经建立了大量的模型方法,然而对于不同水深段,同一模型的反演精度各异,且采用单一模型进行水深反演得到的整体反演精度未必最佳。为了提高水深光学遥感反演的整体精度,本文提出一种分段自适应水深反演融合模型,模型在误差估计的基础上,结合了对数线性模型、对数转换比值模型、改进的对数转换比值模型与多调节因子模型的优势。利用模型在西沙群岛东岛开展了水深遥感反演实验,从整体反演精度、不同水深段反演精度及逐米水深精度等角度进行分析,结果表明,分段自适应融合模型的整体精度最高,平均绝对误差为1.09 m,平均相对误差达到16.06%;分水深段来看,分段自适应融合模型在多数不同水深段内的反演效果均最好;从逐米精度来看,分段自适应融合模型在大部分逐米水深段的反演能力均优于其他模型。     

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。     

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。     

岛礁周边水深光学遥感反演模型比较与分析

岛礁周边水深精确测量是海洋测绘工作的难点之一,光学遥感技术在浅水区域尤其是无人到达的深远海岛礁区域有其独特的优势,可作为传统测深的有效补充手段.利用蜈支洲岛WorldView-2多光谱遥感影像和实测水深数据,对比了多波段回归模型、对数波段比值模型、支持向量机回归模型(support vector regression,...     

半分析算法在固有光学特性反演中的性能研究

水色遥感作为目前获取大范围水体固有光学特性的唯一方法,其精度取决于所用的反演算法,而基于辐射传输理论的半分析算法凭借坚实的理论基础和良好的可解释性成为近年的研究重点,但其在不同类别水体中的反演性能未见系统分析。通过选取曼德海峡和马六甲海峡分别作为一类和二类水体的代表水域,并基于OLCI遥感影像数据,使用Kd490作为间接评价参量对GSM、LMI和QAA三类主流半分析算法的反演性能进行了分析研究。结果表明三者一类水体中的反演性能LMI≈QAA>GSM,而在二类水体中GSM>QAA>LMI;在水体适应性方面,以QAA为最佳,GSM和LMI受光谱斜率参数的影响很大。因此,根据水体类型选取合适的半分析算法对于提高水体固有光学特性反演精度是十分必要的。     

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。     

南极磷虾对南极海水中痕量金属的富集率

本工作据1987年3月我国第三次南极考察采集的样品,测定了南极磷虾及其所在海域海水中Pb,Cu,Cd,Zn,Fe和Mn等痕量金属含量,计算出南极磷虾对各重金属的富集系数。     

海水悬浮物浓度原位测量技术进展

海水悬浮物指海水中的悬浮颗粒物和浮游微生物等，对海水悬浮物浓度进行准确的测量具有重要的意义。海水悬浮物浓度测量技术，无论是传统方法（即现场采水），还是现代方法（即间接测量方式，包括光学法和声学法等）都有一定的不足。本文主要综述了几种海水悬浮物浓度间接测量方法、国内外有关海水原位过滤测量的技术研发进展及深海原位微孔过滤技术。最后，对海水悬浮物原位过滤技术的发展方向进行了探讨。     

钦州湾海水中石油烃时空变化特征及其影响因素

2009年1月至11月对广西钦州典型养殖海湾-钦州湾海域表层海水石油烃进行了4次采样调查,分析该海域石油烃污染状况,探讨石油烃的时空分布特征及其影响因素。结果表明,钦州湾表层海水石油烃的质量浓度在0.001~0.095 mg/L之间,平均值为0.022 mg/L;季节变化呈现夏季最高,秋、冬季次之,春季最低的特点,夏、冬季海水受到不同程度石油污染,春、秋季均达到国家《海水水质标准》二类标准。水平分布上总体呈现春、秋季节外湾大于内湾,夏、冬季节内湾大于外湾的特征。钦州湾水产养殖活动及陆地径流输入是影响石油烃时空变化的主要因素。春季石油烃的质量浓度与温度和溶解氧等环境因子有着较好的相关性,夏季石油烃和溶解无机磷存在显著正相关。总体上钦州湾海域目前受石油烃污染程度较轻,仍有一定接纳自净能力。     

二类水体的MODIS数据大气校正及在渤海表层水体叶绿素浓度监测反演中的应用研究

提出一种适用于中国近岸二类水体的大气校正方法,解决了水色遥感软件SEADAS由于无法计算近岸的二类水体离水辐射率而简单地将其设为0的问题。应用该方法计算出的离水辐射率反演了渤海表层水体的叶绿素浓度,并选取近岸同期监测点的实测值对反演结果进行验证。通过对比反演值与实测值,多数相对误差值均较小于10%,证明了反演结果较为准确,同时反演的叶绿素浓度的空间分布也符合冬季渤海的水团和环流状况。这说明应用改进后的大气校正方法能够很好地用于渤海表层水体的叶绿素浓度反演。     

海水石油类物质吸收系数遥感化提取算法研究

Establishing the remote sensing algorithm of retrieving the absorption coefficient of seawater petroleum substances is an efficient way to improve the accuracy of retrieving a seawater petroleum concentration using a remote sensing technology. A remote sensing reflectance is a basic physical parameter in water color remote sensing. Apply it to directly retrieve the absorption coefficient of seawater petroleum substances is of potential advantage. The absorption coefficient of waters containing petroleum [ACWCP, a_o(λ)], consists of the absorption coefficient of pure water [ACPW, a_w(λ)], plankton [ACP, a_(ph)(λ)], colored scraps [ACCS, a_(d,g)(λ)], and petroleum substance [ACPS, a_(oil)(λ)]. Among those, ACCS consists of the absorption coefficient of nonalgal particle [ACNP, a_d(λ)] and colored dissolved organic matter [ACCDOM, a_g(λ)]. For waters containing petroleum, the retrieved ACCS using the existing method is a combination absorption coefficient of ACNP,ACCDOM and ACPA [CAC, a_(d,g,oil)(λ)]. Therefore, the principle question is how to extract ACPS from CAC.Through the analysis of the three proportion tests conducted between the year of 2013 and 2015 and the corresponding remote sensing data, an algorithm of retrieving the absorption coefficient of petroleum substances is proposed based on remote sensing reflectance. First of all, ACPS and CAC are retrieved from the reflectance using the quasi-analytical algorithm(QAA), with some parameter modified. Secondly, given the fact that the backscatter coefficient [BC, b_(bp)(555)] of total particles at 555 nm can be obtained completely from the reflectance, the relation between BC and ACNP in petroleum contaminated water can be established. As a result, ACNP can be calculated. Then, combining the remote sensing retrieving algorithm of a_g(440), the method of achieving the spectral slope of the absorption coefficient can be established, from which ACCDOM,can be calculated. Finally, ACPS can be computed as the residual. The accuracy of ACPS based on this algorithm is 86% compared with the in situ measurements.     

南海中部和北部上层海水中溶存甲烷浓度及海气交换通量*

根据2010年4—5月国家基金委南海多学科综合航次在南海中部和北部的调查资料,利用抽真空气相色谱法测定海水中溶存甲烷浓度,分析了该海区上层海水中溶存甲烷的浓度、饱和度及海气交换通量。南海中部和北部表层海水中溶存甲烷浓度范围为1.15—5.6nmol·L?1,平均值为2.2nmol·L?1,饱和度范围为59.7%—298.8%,59%站位的溶存甲烷处于过饱和状态。甲烷海气交换通量范围分别为?17.7—61.3μmol·m?2·d?1(根据 LM-86方程计算)和?27.9—119.6μmol·m?2·d?1(根据 W-92方程计算)。南海是大气中甲烷的来源之一,年甲烷辐射量估算值为2.7×10?2—4.0×10?2Tg·a?1。     

A simple model for seawater crystallization in the temperature spectrum

A model of sea ice growth as an expanded region of a phase transition (mushy zone) with a linear temperature profile is developed. The linear temperature distribution agrees with the mushy zone by introducing an equivalent porosity determined by its thermodynamical condition. This approach does not require any a priori information about the dependence of the porosity on the temperature and salinity; it rather allows us to obtain this relation from a solution of the mathematical problem. The model makes it possible to calculate the thickness of the growing ice and to estimate its main characteristics as well as the heat capacity of the underice layer under the conditions of undisturbed growth at any moment of the autumn-winter season up to its maximal thickness with account for the snow accumulation, basin depth, varying regime of cooling, and water salinity.     

利用海洋多波段扫描仪航空遥感海面叶绿素浓度的研究

本文首先介绍了由中国科学院上海技术物理研究所最新研制的海洋多波段扫描仪（OMS）的性能和特色，并描述了1999年10月份在黄渤海典型海区进行航空校飞的实验的概况及校飞资料的处理过程。然后，针对不同海区的水色特点，着重探讨了通过最佳通道选择进行假彩色合成叶绿素的定性提取法和模式计算的定量提取法的原理和方法。最后，通过航空校飞、卫星遥感和实测三种准同步资料所得叶绿素浓度空间分布的趋势比较验证了两种叶绿素提取方法和可信度，同时也显示了在OMS基础上所研制的我国第一颗海洋水色卫星水色遥感器的应用前景。