后向散射系数测量仪实验室定标技术

水体后向散射系数(bb)是水色遥感的重要参数之一,其现场准确测量的关键是测试仪器的严格定标。文章将针对我们从美国Hobilabs公司引进的HS-6后向散射测量仪的实验室定标和定标中的注意事项、数据结果分析以及自然光对实验室定标的影响进行阐述。     

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。     

太湖浮游藻类的后向散射分离及其叶绿素a浓度反演

浮游藻类的后向散射是水体光谱构成的重要组成部分,作为水体辐射传输模型中的重要参数,高精度的藻类后向散射系数对水体叶绿素a浓度的遥感反演精度至关重要。本文以简化的辐射传输模型-生物光学模型为基础,尝试性分离了太湖浮游藻类的后向散射系数。通过藻类后向散射规律分析,建立了浮游藻类吸收、后向散射特征的叶绿素a反演模型,改善了叶绿素a浓度的遥感反演精度。分析表明：藻类颗粒物的后向散射系数与吸收系数之间存在反比关系,且在560 nm、700 nm附近存在明显的散射峰,与叶绿素a浓度之间相关性显著;低密度藻类水体总悬浮颗粒的后向散射以非色素颗粒为主导,适合采用经典的指数模型模拟后向散射系数,而藻类密度较高的富营养化水体,水体总悬浮颗粒的后向散射以藻类颗粒为主导,传统的指数模型已不适用;采用分离藻类后向散射系数的方法,使得叶绿素a浓度的反演值与真实值相关系数从0.66提高到0.98,相对误差从55%降低到38%,均方根误差(RMSE)也由60.95 μg/L降低至13.98 μg/L。其真实性检验表明,与经典指数模型方法相比,利用藻类颗粒后向散射分离方法反演叶绿素a浓度,能够显著改善反演精度。     

黄山顶大气气溶胶吸收和散射特性观测分析

采用光声黑碳仪（PASS）2008年5～7月在黄山光明顶的连续观测资料,分析了该地区大气气溶胶吸收和散射系数变化特征及其与气象因子的关系。分析结果表明：在相对干燥的条件下（相对湿度小于60%）吸收散射系数日变化明显,总体上白天大,晚上小;相对湿度与吸收和散射系数有很强的正相关性,相关系数分别为0.87和0.80,而风速与散射吸收系数则呈现负相关关系,吸收系数、散射系数与风速的相关系数分别为-0.53和-0.78;湿清除使大气气溶胶的吸收和散射系数明显降低;与在平原地区的南京相比,黄山山顶的吸收和散射系数日变化趋势与南京相反,且数值比南京小一个量级。     

内蒙古一次强沙尘暴过程综合观测分析

利用高空、地面常规观测资料和内蒙古沙尘暴监测站的沙尘暴器测资料,对2010年3月19～20日一次强沙尘暴天气过程进行了综合观测分析.结果表明:本次沙尘暴发生前,大气层结稳定并不利于对流的发展.但在700 hPa至500 hPa的强冷平流与850 hPa以下层次的平流差异有利于温度垂直递减率增大,强冷平流的作用使其中心以下层次形成热力不稳定层结,是沙尘暴发生的有利层结条件.当干对流风暴发生并形成沙尘暴天气时,不稳定能量释放,使该层大气趋于中性层结即混合层,混合层可能是其间的一个平衡态.对流层中低层冷平流的强度、位置和层次,一定程度上影响着混合层的厚度和沙尘暴的强度.过程中混合层以下气层温度下降的比较快,加之沙尘暴顶层短波辐射有增温效果,在混合层顶(约500 hPa处)出现逆温盖.强冷空气活动是引发沙尘暴天气的主要原因,沙尘暴天气的发生伴随着地面剧烈降温,相对湿度骤降,气压涌升,地面风速直接影响沙尘暴强度.可吸入颗粒物(PM10)浓度能更加精细的反映和描述沙尘暴强度的变化.粒子散射系数的变化趋势和PM10浓度的变化趋势非常一致,沙尘暴阶段,散射系数基本在1000Mm-1以上,达到强沙尘暴强度阶段,散射系数基本在2000Mm-1以上.     

An analysis of the radar backscatter from oil-covered sea surfaces using moment method and Monte-Carlo simulation: preliminary results

An analysis of the radar backscattering from the ocean surface covered by oil spill is presented using a microwave scattering model and Monte-Carlo simulation. In the analysis, a one-dimensional rough sea surface is numerically generated with an ocean waveheight spectrum for a given wind velocity. A two-layered medium is then generated by adding a thin oil layer on the simulated rough sea surface. The electric fields backscattered from the sea surface with two-layered medium are computed with the method of moments (MoM), and the backscattering coefficients are statistically obtained with N independent samples for each oil-spilled surface using the Monte-Carlo technique for various conditions of surface roughness, oil-layer thickness, frequency, polarization and incidence angle. The numerical simulation results are compared with theoretical models for clean sea surfaces and SAR images of an oil-spilled sea surface caused by the Hebei (Hebei province, China) Spirit oil tanker in 2007. Further, conditions for better oil spill extraction are sought by the numerical simulation on the effects of wind speed and oil-layer thickness at different incidence angles on the backscattering coefficients.     

塔克拉玛干沙漠腹地大气气溶胶散射特征研究

利用沙漠腹地塔中气象站积分浊度计的2004年观测资料,结合同期PM10质量浓度、能见度和常规气象资料,分析了塔克拉玛干沙漠腹地气溶胶散射系数的变化特征,以及气溶胶散射系数与PM10质量浓度、能见度的关系。研究表明,2004年塔中气溶胶散射系数、PM10质量浓度、能见度日平均值分别为124.74±187.30 Mm-1,538.9±841.7 μg·m-3,12 748±7 274 m。塔中气溶胶散射系数小时平均值出现频率最高的区间主要在100 Mm-1以下,中午气溶胶散射系数小,早晚气溶胶散射系数大;冬春两季的凌晨空气中含有较多的粒子,气溶胶散射系数较大;气溶胶散射系数小时平均值与PM10质量浓度变化规律基本一致,2004年1—6月的气溶胶质量散射系数平均值为0.37 m2·g-1;散射系数与能见度日平均值非线性相关较好,两者呈负幂函数关系。     

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.     

一个波浪破碎散射模型的改进

为了得到与实测数据更为一致的散射模型,对KHCC03散射模型进行了改进.研究了考虑波浪破碎影响的KHCC03散射模型的适用范围.研究结果表明,KHCC03散射模型在入射角为25°～40°范围内,模型结果与实测数据吻合较好,在入射角小于25°和入射角大于40°的情况下,模型结果与实测数据差异较大.针对这一问题,对KHCC03模型进行了改进,结果表明:与原KHCC03模型相比,改进后的模型结果与实测数据吻合程度明显提高.     

黄东海海区总悬浮物散射特性研究

我国黄东海水体散射特性非常复杂,这是造成该海域水色区划特点显著的原因之一。文中利用2003年4月黄东海试验数据(HD200304)对总悬浮物(TSM,Total Suspended Matter)的后向散射概率~bbs和单位散射系数bs*进行研究。基于对现场数据的统计分析,我们开发了总悬浮物后向散射概率模型,通过相对偏差分析表明,有近90%的样品反演相对偏差控制在±30%之内。对总悬浮物单位散射系数研究时,选择555 nm为参考波段,开发了不同波段间总悬浮物单位散射系数关系模型,通过相对偏差分析表明,有近94%的样品反演相对偏差在±10%之内,反演效果非常好。