近海海洋水体光散射特性研究——以蓬莱近岸海域为例

对水体散射特性的分析方法进行了研究,并以蓬莱附近海域水体为例对方法进行了验证.从分析结果可以看出,烟台蓬莱附近海域水体散射占据主导,单次散射反照率wo在06～0 8之间变化,且后向散射比例Bp在0.08～017间变化,虽高于Mobley给出的0 03的上限,但与Mie理论模拟计算的结果相吻合,属于具有强后向散射特征的Ⅱ类水体;该区域的粒子折射指数*np高于115,说明水体具有典型的矿物质颗粒特征.通过对实测数据的分析发现,文中提出的方法适合于我国近岸水体,可为研究我国近岸水体的水体散射特性提供借鉴.     

大亚湾水体后向散射比率的光谱变化

采用2007年5月大亚湾浮标定点航次采集的生物-光学数据, 分析了大亚湾水体后向散射比率的光谱变化及其影响因素。分析结果表明, 660nm处后向散射比率变化范围在0.0040—0.0245之间, 均值为0.0082±0.0032, 实测后向散射比率光谱波段间的相对变化不超过15%; 颗粒后向散射比率随着叶绿素a浓度增加呈减小的趋势, 高叶绿素浓度显著对应较低的后向散射比率; 粒径是影响大亚湾水体后向散射比率的重要因素之一, 随着水体中Junge粒级斜率的增大, 颗粒后向散射比率显著增大; 折射率的变化也对后向散射比率产生一定影响, 类似的水体粒径分布情况下, 浮游植物与非藻类物质相对贡献的变化将导致折射率的明显变化, 并将主导水体后向散射比率的变化。     

各向异性海面全极化微波双站散射的仿真与分析

为了解各向异性随机粗糙海面的微波双站散射机制及其特性,本文利用解析近似的积分方程模型以及一种改进的半经验海浪谱模型实现了对各向异性随机粗糙海面的全极化微波散射仿真模拟,并与卫星观测数据、经验的地球物理模式函数及已有的解析近似散射模型仿真结果进行了对比,验证了仿真结果的可行性和准确性。利用该模型分析了入射波频率、入射角、极化方式、海面风速及风向等参数对各向异性海面双站散射的影响。模拟结果表明,在不同的入射角、散射角及方位角等观测几何条件下,海面不同波段的双站散射表现出不同的空间散射特性,且对风速、风向等海面动力学参数表现出不同的敏感性,以L波段为例,海面向后半球双站散射在各个极化方式下都对风速较为敏感,而在同极化方式下,其对风向的响应在中低风速和高风速条件下相反,整体而言,低风速下海面双站散射对风向更为敏感。这表明对于海面动力参数的反演,双站散射可以提供比传统单站雷达后向散射更丰富的物理信息。本文探讨了各向异性海面微波双站散射特性,为基于主动式及分布式微波传感器的海洋动力参数遥感反演提供了理论分析基础。     

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。     

海水中矿物质颗粒吸收和散射特性Mie理论分析

利用Mie理论模型对不同粒径分布和复折射率的矿物质颗粒吸收和散射特性进行了模拟计算.颗粒的衰减和散射效率随着参数ρ的增大呈现出振幅依次减小的一系列有规则的振荡变化,而吸收效率则随着ρ的增加而增大;随着颗粒吸收性的增强,散射效率和吸收效率随着ρ的增大最终都将趋近极限值1.对于矿物质颗粒群,颗粒群的粒度分布变化对散射和后向散射特性影响很大,小粒径粒子对散射和后向散射的贡献比较大;折射率实部以及虚部变化对散射特性均有影响,颗粒的吸收性越强,则散射会相应地减弱;粒度分布以及折射率虚部对吸收系数也存在较大的影响,但是折射率实部对吸收系数的影响不大.     

南海北部声散射季节变化

声散射是重要的声学现象,海洋水体产生的高频声散射信号既可用于开展多种目的的声学海洋学研究,也可能对水下声学设备产生干扰,而海洋水体背景声散射具有显著的时空变异特征,因此针对特定海区开展声散射时变观测具有重要意义。本文利用在南海北部布放的锚系系统所搭载的声学多普勒流速剖面仪,获取了覆盖4个季节的累计约80 d的声散射数据,数据包括75 kHz和300 kHz两个频段,观测水深几乎覆盖了从海面到约600 m水深的整个水体。结果表明,水体在垂向上分布着上散射层和深散射层2个主要散射层。上散射层分布深度在冬夏较浅,位于约100 m以浅,在春秋较深,位于约200 m以浅;深散射层分布深度同样为冬季最浅,位于约300 m以深,但夏季则最深,位于约400 m以深。因此,两散射层的距离在夏季最远,在春秋最近。2个散射层的声散射强度（Sv）同样具有明显的季节变化,上散射层散射强度夏秋较强而春冬较弱,深散射层则正好相反。     

基于多波束测深仪的西太平洋声散射层测量

为了研究西太平洋声散射层的垂向分布特征和日变化规律,分析了多波束测深系统的水体影像数据。观测结果表明,西太平洋存在着两个声散射层,一个声散射层位于0～200 m,另一个声散射层位于500～700 m,两个声散射层散射强度具有明显的日变化特征,上层散射层的散射强度呈现白天弱,夜晚强的特征,而下层散射层的散射强度日变化规律与上层相反,并且发现深散射层的厚度也存在日变化特征;分析了此种方法的优缺点,对以后声散射层的观测分析提供了新的思路。此外,利用同时下放的声速仪(SVP)的温度和深度数据对下放式声学多普勒流速剖面仪(LADCP)的观测结果进行了修正,得到了更为精确的声散射层垂向位置分布。     

全自动水下光散射仪的研制

海水对光的散射是比较复杂的，这是因为不仅海水本身对光产生散射，其中悬浮的粒子也引起散射．海水本身散射较有规律性，变化也不大，但各种粒子的散射规律复杂，且随粒子性质、大小、数量的不同而有很大变化。由于各海区的海水成分不同，所含有的悬浮粒子的组成、大小、浓度不同．并且随着时间而变化，因此海水对光的散射是随海区和时间而变化的。故有必要对各海区的光散射特性作调查测量．     

北半球夏季中高纬海洋声散射层分布研究

利用第八次北极调查走航ADCP后向散射强度数据,结合太阳高度、海冰密集度和实测水体环境参数数据,统计分析了中高纬海洋声散射层的时空变化特征。结果表明,纬度越高,声散射层在海表滞留时间越短,即使在极昼期间及全海冰覆盖海域,虽然其迁移幅度和后向散射强度减弱,但仍受太阳高度变化影响,且二者具有较强的时序相关性;在北极中央海域,不仅声散射层迁移活动较弱,且出现无明显散射层的情况,可能是因为该海域浮游动物和鱼类聚集度相对较低且迁移活动微弱,超出了本文所用ADCP的探测精度范围;从鄂霍次克海至白令海西南海域,往返ADCP数据均显示有两个后向散射强度上高下低,但垂直迁移时间同步的声散射层,且二者间距随纬度增加而逐渐减小并合为一体,这可能是由不同生活习性的海洋生物造成的。     

后向散射强度与温跃层关系研究

2003年8月12-13日，用300kHz的坐底式声学多普勒海流剖面仪(ADCP)在台湾海峡北部海区进行了观测。根据回声强度计算得到的后向散射强度具有明显的日变化，这是浮游动物的垂直迁移造成的。此外，后向散射强度还与叶绿素、浊度和温度梯度有关，其中叶绿素、浊度和温度梯度对后向散射强度的贡献分别是1．41，7．73和3．54dB。温度梯度最大值的深度与后向散射强度第一个峰值的深度一致，故根据后向散射强度能推断出温跃层的位置。     

应用时间序列分析法对太湖叶绿素-a含量的动态研究

叶绿素-α是湖泊浮游植物现存量的重要指标,其含量能反映水中浮游植物的丰度和变化规律。研究叶绿素含量的动态变化,可以有效防止、监控湖泊富营养化的发生。以太湖为研究对象,根据其营养水平进行分区,使得不同区域内叶绿素的浓度不同,而同一区域内浓度大体一致,然后利用地理信息系统技术对每个区域内未采样点的叶绿素浓度进行插值,取区域内所有栅格的平均值作为其最终浓度。应用时间序列分析方法对太湖1998-2004年每月的叶绿素含量进行动态模拟,建立各湖区的预测模型。结果表明,中营养区I符合MA（1）模型,轻富营养区Ⅱ和中富营养区Ⅲ符合AR（1）模型,富营养区Ⅳ符合MA（5）模型,重富营养区V符合AR（6）模型。由此预测出2005年各湖区总叶绿素的含量,经前10个月实测数据的验证说明,所建模型在一定程度上能反映太湖各区域叶绿素浓度的变化。     

AN EXPERIMENTAL STUDY OF DEEP SCATTERING LAYER IN THE SOUTH CHINA SEA

Discussed in this paper is the deep scattering layer (DSL) observed during the experiment in the South China Sea in October 1983. The authors have investigated the acoustic characteristics of the DSL, such as the volume scattering strength of the water column, the thickness of the layer and the coefficient of the backscattering. Resonant scattering, presumably caused by the swimbladder of fishes, is responsible for the bulk of observed reverberation. In addition, the size of the swimbladder forming the acoustic scatter of the DSL is also estimated.     

太湖围湖利用与网围养殖的遥感调查与研究

太湖的生态环境一直倍受关注。本文采用遥感方法,结合实地考察和文献资料,利用GIS技术,对太湖1988~2003年期间的围湖利用面积和东太湖1990~2003年期间网围养殖面积的动态变化进行了研究。结果表明,1988~2003年期间,太湖围湖利用面积8.3258km2;1990~2003年期间,东太湖网围养殖的面积增加94.0129km2,2003年网围养殖面积达106.4702km2,已占东太湖水面面积79.3%。对大规模围湖利用和过度网围养殖引起的环境效应进行了分析,并且针对当前太湖资源开发利用存在的问题,提出了若干对策与建议。     

氢和氧稳定同位素示踪湖泊蒸发的对比研究

氢氧稳定同位素被广泛用于水文循环过程的研究。本文观测了2015年太湖湖水H~2HO和H_2~(18)O组分,分析了它们的时空变化规律及其控制因子,探讨亚热带大型浅水湖泊的同位素富集机制;基于稳定同位素质量守恒法计算太湖蒸发量;评价了动力分馏学系数的传统湖泊算法与海洋算法的适用性;重点分析了H~2HO和H_2~(18)O示踪湖泊蒸发的效果,对比二者之间的差异。研究结果表明,在空间上,太湖湖水和河水的氢氧同位素在南部特别是东南部较为富集但在北部区域较为贫化,这主要是受水流方向的控制,东南部湖水经历的蒸发时间较长,因此湖水中同位素累积较多;在季节上,冬季湖水同位素较贫化、春夏季较富集。对于2015年太湖的年蒸发量,用氢同位素示踪的结果与观测值较一致,为880mm;氧同位素的示踪结果略低,为690mm。使用传统湖泊研究中对动力学分馏系数的取值,会导致蒸发被显著低估,而氧稳定同位素的示踪结果对动力学分馏系数的取值更为敏感,同时氢稳定同位素在同位素分馏过程中主要是平衡分馏效应占主导,因此H~2HO在动力学分馏系数的参数化方案中影响较小,在实际应用中更为稳定。本文的研究结果表明了稳定同位素水文学研究中使用合适的动力学分馏系数的重要性。     

非均匀风场作用下太湖风成流风涌水的数值模拟及验证

本文采用浅水波方程数值模式，考察太湖局地风场的影响，模拟了太湖风成流，风涌水的变化情况，模拟结果与实测值符合较好，另外，将实测风场资料代入模式计算，结果表明，模拟对风涌水有较好的预报能力，流向流速的计算值与实测值在态势上较为一致。     

太湖表面定振波的数值计算和最大熵谱分析

利用水动力学方程对太湖表面的定振波进行计算，算得定振波周期约为４５２ｍｉｎ，另外，利用１９９２年８月２９－３１日在太湖西山观测到的水位资料，采用最大熵谱法，分析太湖表面的定振波，得周期值约为４５０ｍｉｎ。计算和分析的周期值基本吻合，取熵谱分析结果得太湖表面的单节点定振波周期值为４５０ｍｉｎ。     

一种海面微波散射模式的迭代解

采用随机粗糙面上部分覆盖球形气泡的海面微波散射模式,将非均质大气中的光散射的辐射传输理论推广到此模式中去,得到了辐射强度满足的积分方程关系式。     

太湖水中可溶性有机质,悬浮质和浮游藻类色素的光学特性的测定

本文着重分析了分光光度计测定的太湖水体中悬浮质、可溶性有机质和浮游藻类色素在可见光波段(400nm—700nm)的吸收;讨论了对池塘及两种高等植物色素吸收的对比测定;并利用迭代回归方法对测试样品的散射效应进行了订正。结果表明:(1)可溶性有机质吸收在短波部分较强;并且随着入射波长的增大,吸收几乎呈指数律减小,减小速率比国外海洋中的测量结果小。(2)水中悬浮质对光具有较强的散射作用,散射系数约按入射波长呈倒数变化。(3)不同植物中的色素的吸收光谱有明显差异。此外,利用所测数据,本文还对冬季太湖水体的反射光谱和向下光照衰减系数进行了数值计算,表明该水体对入射光照的反射和衰减与纯净水情况有很大差别,目此,太湖水光学特性研究中必须考虑水中物质的影响。     

贡湖及其相关水域风生流模拟研究

在太湖风生流的数值模拟研究的基础上，设计模拟贡湖及其相关水域风生流的套网格数值模式。应用该模式研究不同风情下，梅梁湖，太湖主体湖水对贡湖的影响。     

太湖大气氮、磷营养元素干湿沉降率研究

分析了2002年7月—2003年6月太湖周边地区太湖站、拖山岛、东山站、无锡、苏州、湖州、常州、金坛等8个站、点大气TN、TP沉降通量和降水化学组成观测资料,测定和计算了水气界面TN、TP的表观总沉降率(RT)、湿沉降率(RW)和干沉降率(RD)。太湖大气TN的年平均RT为4226kg/(km2.a),TP的年平均RT为306kg/(km2.a)。大气TN、TP的年沉降负荷分别占由环湖河道等点污染源输入的N、P总负荷的48.8%和46.2%。指出形成太湖大气TN污染的主要途径是湿沉降,而大气TP污染则主要来自气溶胶等固体物质的干沉降;小雨携带入湖的大气TN、TP污染物通量高于中雨和大雨。TN总沉降率曲线在春季3—5月出现高峰值的现象对太湖水体的富营养化具有潜在的促进影响。