海洋光学遥感与海洋高光谱特性研究

海洋光学遥感与海洋高光谱特性研究李武辛海英（国家海洋局第一海洋研究所，青岛２６６００３）葛运国（国家海洋局海洋技术研究所，天津３００１１１）１前言１９７８年８月，美国发射了世界上第一颗海洋卫星Ｓｅａｓａｔ－１，标志着海洋探测与陆地、大气探测一样，进入...     

水下光谱辐射测量技术

海水中的叶绿素、泥沙、黄色物质等及其含量直接影响海水的光谱特性。此外，海洋水色遥感算法的建立及验证也离不开现场相关光学参数的测量，准确的海水现场光谱辐射测量，是提高海洋水色定量化遥感精度的重要环节。文章通过开展水下光谱辐射测量方法的讨论、仪器总体方案的设计及相应的试验的结果分析，提出了有关水下光谱辐射测量仪器构成的一些想法。     

水下光学无线通信的海水信道特性研究

提出了将具有比声学高达几倍的数据通信速率,良好的安全性和隐蔽性的光学无线通信技术应用于海军、海洋科学研究和水下工程等领域,实现高速率的水下无线通信技术实现海量数据的信息交换.基于生物光学特性的水下光学信道模型,建立了水下光学通信系统性能分析方法.并对基于发光二极管(LED)的水下光学无线通信系统进行了仿真,其结果表明所建立的方法可以进行各种海域水质环境的模拟,便于时水下光学无线通信系统性能进行预测评估,为水下光学无线通信系统的设计方案的评估提供了依据.     

我国近岸Ⅱ类海水光谱特性的测量与研究

我国近岸的广阔海域均为Ⅱ类水体，这也是我国海洋水色遥感的重点和难点，结合多年海上现场测量数据，对我国近岸Ⅱ类海水光谱特性进行一定的分析，并对Ⅱ类水体的光谱测量技术中的关键问题进行了讨论。     

台湾海峡及周边海域水色光谱特性分析

利用2006—2007年4次908计划ST06区块海洋光学调查的数据和MODIS水色遥感数据,对台湾海峡及周边海域的水色光谱特性进行了研究和分析。结果显示该海域的水色光谱主要有4个类型:类型1光谱峰值出现在580 nm附近,谱峰两侧遥感反射率随波长变化迅速减小,主要分布在紧靠中国大陆的海域;类型2光谱峰值出现在540～560 nm之间,具有谱峰宽的特点,主要分布在台湾海峡靠近大陆的一侧;类型3光谱与大洋水体光谱类似,主要分布在台湾西南的南海区域和吕宋海峡区域;类型4光谱在.450 nm附近出现极小值,在500～600 nm之间出现峰值,主要出现在台湾海峡中部和靠近台湾岛的一侧。其中类型2和4水体分布具有明显的季节特征。类型3、4、2、1对应的叶绿素a浓度和悬浮泥沙浓度呈上升趋势,对应的透明度依次降低,该海域以二类水体为主。     

海面光谱辐射计系统研制及遥感反射比的测量

本文报道海面光谱辐射计的研制、定标和海上现场实验测量。运用一个 2 5 6元光电二极管列阵传感器件测量海面离水辐亮度和向下辐照度的光谱分布 ,可计算得出遥感反射比。该仪器所测量的数据可以用于海洋方面相关专业的科学研究 ,并给出海上实验测量数据     

面向光学遥感的先进光谱辐射定标技术

辐射定标是光学遥感信息定量化的关键技术之一,它的主要作用体现在(1)在工程研制到在轨运行的全过程中,确定和评估传感器的绝对响应;(2)建立不同平台、不同传感器的辐射量基准,保证相关时间和空间尺度下获得的地球物理数据可以相互比对、转换和融合;(3)通过动态监测,校正传感器的性能衰变,修正大气、照明条件和环境变化等对测量结果的影响,保证测量结果真实反映目标和背景的特征.结合我国空间光学传感器的发展要求,提出了实验室、星上和场地替代辐射定标的实施方案建议.实验室定标的主要作用是建立传感器的输出和已知的、用SI单位表述的入射辐射量之间的定量关系,星上定标能够长期地监测传感器响应的衰变,而场地替代定标可以验证传感器的辐射响应并进行多个传感器的交叉定标.通过这3种独立的定标手段的相互验证和比较,能够有效地提高环境光学遥感信息的定量化水平,保证卫星数据的质量.在综述和比较国内外先进辐射定标技术的基础上,提出采用标准探测器和标准辐射源相融合的辐射定标基本途径,来实现卫星传感器3个阶段的辐射定标,并讨论了技术实现的方案.     

黄海、东海上空春季气溶胶光学特性观测分析

2003年春季国家卫星海洋应用中心等几家单位在黄海和东海海区进行了为期40 d的二类水体信息测量试验,试验中使用手持太阳辐射计对海区上空大气光学特性进行了观测,并获得了大量晴空天气条件下的大气光学数据.利用本次试验获取的测量数据得到了黄海、东海海区春季的大气气溶胶光学特性,其中包括气溶胶光学厚度和气溶胶粒子谱分布.采用Langley方法对测量得到的太阳直射辐射量进行处理得到了海区上空气溶胶光学厚度,利用得到的气溶胶光学厚度来反演气溶胶粒子谱分布.反演结果表明无云情况下黄海、东海上空的气溶胶光学厚度在0.2~0.4左右,且气溶胶粒子谱分布的变化趋势也很接近;海区上空霾层较厚时测量得到的气溶胶光学厚度明显增大,最大接近0.8;气溶胶粒子谱分布的变化趋势发生了明显的变化.     

基于单景高分辨率光学卫星遥感影像的浅海水下地形提取

本文基于海浪波折射现象和浅水波理论,提出了一种基于单景高分辨率光学遥感影像的浅海地形提取方法。首先,基于浅水波理论推导出适用于浅海区域的水深与海浪波长、频率的定量关系,针对近岸光学遥感图像复杂的海浪特征,讨论了两种海浪波长提取方法,即FFT方法和剖面线法。然后提出了基于长距离波长波动分析的海浪频率计算方法,解决了单景遥感影像的波浪频率计算难题。最后,利用单景QuickBird高分辨率光学遥感影像,以海南岛三亚湾为研究区域进行了应用实验,结果表明,对12m以浅的浅海区域,在不需要任何辅助参数的情况下,反演获得了浅海地形(DEM),经与1:25000比例尺海图的水深对比验证,地形趋势吻合良好,反演水深的均方根误差为1.07m,相对水深误差为16.2%,表明该方法适合于浅海水下地形的提取,且具有无需实测水深数据和环境参数的支持的优点。     

南海海域叶绿素浓度分布特征的卫星遥感分析

介绍了第二代海洋水色传感器SeaWiFS资料的特点汲其基本处理方法，海水叶绿素浓度提取方法，对南海域表层海水叶绿素浓度分布的时空变化特征及其与营养物质和南海环流的关系进行了初步分析。     

乌伦古湖水化学特征及环境因素分析

通过对乌伦古湖水天然水化学成分的监测分析，本文全面论述了乌伦古湖的矿度，主要离子，硬度ｐＨ值，溶解氧等主要成分及它们的时空分布特征，对于影响乌伦古湖水化学特性的主要环境因素本文也作了分析讨论。     

太阳反射光对海洋水色卫星遥感的影响研究

海洋水色卫星遥感的关键是水色图像资料的利用率。受到太阳反射光的影响使图像饱和是水色卫星图像的主要噪声之一。笔者首先论述了卫星海洋水色遥感中到达水色扫描仪的太阳反射光（即太阳耀光）的辐射量计算模式；然后介绍了产生太阳耀光模拟图像的全过程，并对我国FY－1B、美国的SeaSTAR和台湾省的ROCSAT－1号卫星作了全轨道下的太阳耀光模拟图像；最后，讨论了影响太阳耀光的主要因素，同时提出了减小太阳耀光提高海洋水色卫星遥感图像利用率的建议。     

台湾—西表岛间黑潮多频振动特征的剖析

本文利用日本东海大学在我国台湾—日本西表岛间的锚系测流资料,进行了调和分析,得出了各层潮流的调和常数、椭圆要素,分析了黑潮潮流的基本特征,并进行流速、温度、盐度的谱分析。结果表明,黑潮除有明显的中频潮振动外,还显著地存在着以数天乃至数十天为周期的各种低频振动。在最大熵谱分析中,经显著性周期检验,有不少谱峰已超过显著性水平,其中有的谱峰值为日潮振动的3—5倍,仅次于半日潮振动。此外,各层之间频域相关性分析表明,除半日潮为最大外,低频段上有的凝聚函数也较显著。     

采用卫星高度计资料分析南海风、浪的月平均特征

在分析1987—1988年两年间Geosat卫星高度计遥感资料的基础上,给出了南海海面月平均风速和月平均有效波高的分布,以及沿南海NE－SW向的风、浪年变化特征;并与船舶报资料作了对比分析,其结果显示该高度计遥感资料与常规资料（船舶报资料）基本一致。     

胶州湾湿地动态变化的遥感分析及质量评价

通过对1988、1997、2002和2005年4个时相Landsat卫星遥感数据的解译,得到了各年份胶州湾湿地的变化情况,由此建立了海岸湿地质量定量评价体系。分析结果表明:随着环胶州湾沿岸城市化进程的加快,近20年来胶州湾湿地退化状况日渐严重。初期阶段,自然湿地不断被人工湿地占据,后期又出现湿地向非湿地类型的转化。针对胶州湾湿地的现状,从湿地保护与城市、社会、经济统一协调发展的角度出发,提出了缓和人与自然的矛盾、保护胶州湾湿地的建议。     

珠江崖门出海口大气边界层特征分析

利用广东新会崖门夏、冬季大气边界层综合测试资料，分析珠江崖门出海口地区的大气边界层特征。研究表明：边界层内６００ｍ左右是一个特征量的转折点，风速廓线明显偏离幂指数规律，平衡球法得到的扩散参数和Ｒａｓｑｕｉｌｌ－Ｇｉｆｆｏｒｄ曲线符合良好，三向风速仪法得到Ｄ，Ｅ，Ｆ类稳定度的扩散参数为Ｐａｓｑｕｉｌｌ－Ｇｉｆｆｏｒｄ曲线的２—３倍。珠江崖门出海口地区大气边界层特征和内陆地区有一定差别。     

潍坊人工沙滩海滩剖面演变特征及应用经验正交函数分析

对潍坊人工沙滩二期工程竣工后海滩实测地形剖面进行研究,应用经验正交函数(EOF)提取海滩2013年5月至2015年11月6次剖面监测数据中的前3个模态的空间特征函数和时间特征函数,分析竣工养护后海滩剖面的时空演变特征及海滩的平面变化特征。第一特征函数表示竣工后海滩的总体冲淤变化,受到东西两侧丁坝加长和中间T型坝修建的影响,剖面的侵蚀程度较一期工程明显减小;第二特征函数表示受地形和水动力作用影响,前滨带出现滩肩剖面和沙坝剖面的相互转化;第三特征函数反映风暴潮、人为因素等偶然因素的影响;从平面特征来看,人工沙滩中部、东部较西部侵蚀严重。可见,二期工程建设起到了优化的目的,大大改善了人工沙滩的侵蚀,但仍需要持续有规律的对海滩进行监测,进一步深化对人工养护沙滩建设和维护的认识。     

北海湾生态环境特征及其营养状况分析

根据1998年10月～1999年8月四个季度月对北海湾的调查资料，分析研究了该湾的生态环境特征及其营养水平。结果表明：该湾的基本环境参数(水温、盐度、pH、DO、SS)均有利于亚热带各种海洋生物的繁殖和生长；DIP具有低磷特征，但DIN在春夏季节显得过剩，秋冬季节显得紧缺；Chl-a含量居中，但COD在春夏秋季节均出现超标现象，尤以夏季为甚。NQI和A的分析结果显示，该湾的富营养水平及污染程度均以春季较为严重，夏季次之，秋冬季水质状况较好；南流江较大的迳流量及沿岸工业排废、生活排污是导致该湾富营养化形成及污染程度加重的主要原因，DIN和COD为主要贡献因子。     

罗氏沼虾(Macrobrachium rosenbergii)雌雄虾不同形态阈值性状的遗传变异分析

氏沼虾(Macrobrachium rosenbergii)雄虾有四种不同形态:小雄虾(SM)、橙色螯(OC)、蓝色螯(BC)和老蓝色螯(OBC)雄虾;雌虾分为四种:性腺未发育(IF)、性腺成熟(MOF)、抱卵(BF)和已产幼体(SF)的雌虾。已有研究表明不同形态的雌雄虾的体重存在显著差异,为了探讨是否可以对罗氏沼虾不同形态雌雄虾所占比例开展选择来间接提高产量,首次对上述性状的遗传参数及其与收获体重的遗传相关进行了评估。记录了罗氏沼虾核心育种群体两代共计40 935尾个体的形态和体重信息,使用父母本育种分析模型和阈值统计模型估计不同形态二分类(0和1)阈值性状在世代间和世代内的遗传参数,并使用两性状模型估计其与体重性状的遗传相关。方差组分估计结果表明,雄、雌虾不同形态阈值性状的遗传力估计值分别为0.08~0.12和0.04~0.22。雄虾形态OC、BC阈值性状与收获体重间为低度正相关(0.01~0.43)。雌虾形态IF、BF、SF阈值性状和收获体重性状之间为中等程度相关(–0.61~0.53)。在我国土塘养殖模式下,罗氏沼虾雌雄个体不同形态阈值性状存在可利用的加性遗传变异,具有较大的改良空间;选择OC形态雄虾并增加其在育种群体中比例,并不会降低其生长速度;选择IF形态雌虾并增加其在育种群体中的比例,可能会降低其生长速度。