基于水华蓝藻固有光学特性的主要类群定量识别方法

蓝藻水华是湖泊水体富营养化的重要特征之一,不同水华蓝藻类群形成的水华特征、危害及其治理方法差异显著.因此,如何快速、准确地掌握不同蓝藻类群的时空分布特征成为实施富营养化湖泊污染治理与生态恢复、蓝藻生态灾害预测预警中一个亟待解决的科学问题.本研究基于纯藻种实验室培养和室内光学控制实验,在微囊藻(Microcystis)、鱼腥藻(Dolichospermum)、束丝藻(Aphanizomenon)3种主要水华蓝藻固有光学特性的基础上,通过甄别不同水华蓝藻的吸收、散射和后向散射光谱的特征波段,构建了基于吸收和散射特性的5种水华蓝藻类群的非线性最优化定量识别模型,其中,基于440、620和675 nm 3个波段吸收的a-CIM 440,620,675具有较为稳定的定量识别能力;并基于野外实测光学特性数据,实现了巢湖主要水华蓝藻类群的定量监测,初步分析了巢湖主要水华蓝藻类群的时空分布特性.研究表明,巢湖的水华蓝藻以鱼腥藻、微囊藻为主,束丝藻较少,鱼腥藻主要出现在温度较低的季节,微囊藻在夏季的西部湖区占优势;巢湖水华主要为微囊藻藻华和鱼腥藻藻华,且浓度较高的蓝藻主要存在于水体表面以下20 cm范围内;微囊藻和鱼腥藻在非藻华断面垂向上均匀分布.本研究可为富营养化湖泊蓝藻水华预测预警以及相关管理部门决策提供重要的理论依据和科学支撑.     

太湖水体3种典型水质参数的高光谱遥感反演

以富营养化污染严重的太湖为研究区,设计并实施了2次太湖航空遥感综合实验,获取了太湖7条航带、冬夏两个时相的航空高光谱遥感图像;通过6次太湖地面试验,采集了多时相的太湖水体固有光学量和表观光学量数据,分析了它们的空间分布规律,建立了单化固有光学量数据库;面向叶绿素、悬浮物和黄色物质3种典型水质参数,发展了基于生物光学模型和单位固有光学量数据库的水质参数反演分析方法;利用航空高光谱遥感器Will图像和航天高光谱遥感器CHRIS图像对这些方法进行了检验,获得了较好的水质参数图像反演结果.     

体散射函数测量技术定标方法研究进展

体散射函数描述了光被水体散射后的角度分布特性，是海水固有光学特性之一，在水色遥感、生物光学特性及海气交互过程研究等光学海洋学研究及应用领域具有十分重要的意义。基于其强方向性、大动态范围、后向散射微弱等特点，体散射函数测量技术定标方法及应用研究至今仍在不断探索进步中。伴随体散射函数测量技术的发展，相继出现了基于散射体及散射通量的定标方法、基于漫射体与传感器响应权重函数的定标方法以及基于标准物质与传感器响应权重函数的定标方法等3大类体散射函数定标方法。相较于基于散射体及散射通量的定标方法，基于漫射体与传感器响应权重函数的定标方法可有效解决散射体估算难度大等问题，但更适用于宽视场角的后向散射仪；基于标准物质与传感器响应权重函数的定标方法极大简化了定标过程，且不受散射角度范围的限制。可以预见，上述3大类体散射函数定标方法的变通和组合方案是未来很长一段时间的主要定标方法，而基于标准物质与传感器响应权重函数的定标方法将是未来体散射函数最有优势的定标方法。本文以水体体散射函数定标方法为主线，归纳总结了国内外水体体散射函数定标、测量以及应用研究进展，并对未来体散射函数定标方法的发展趋势进行展望。     

水体后向散射系数校正方法研究

后向散射系数是水色反演半分析模型的重要参数,后向散射系数的测量与分析是固有光学测量与分析的重要组成部分。为了更准确的获得后向散射系数数据,根据不同的实际测量情况提出了两种后向散射系数数据的校正方法,即利用散射与后向散射系数模型计算的散射系数替代法和实测数据替代法。结果表明这两种方法在比传统的数据校正方法有明显的优势,是一种符合水体剖面固有光学特性规律的数据校正方法。