渤海海域水色遙感的研究.pdf

1、本文對(duì)渤海海域的水色遙感，包括對(duì)近岸水體光學(xué)性質(zhì)、葉綠素濃度垂向分布和水色遙感算法進(jìn)行了深入的研究。渤海是我國(guó)的一個(gè)內(nèi)陸海，深入了解其光學(xué)性質(zhì)對(duì)我國(guó)水色遙感的發(fā)展有極其重要的作用。然而，由于其水深較淺以及大型河流泥沙、營(yíng)養(yǎng)鹽和可溶有機(jī)物的輸入等原因，渤海海域的光學(xué)性質(zhì)變得非常復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外的很多遙感模式在渤海海域都不適用，模式輸出與現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)之間存在較大的誤差。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，本文根據(jù)輻射傳輸方程和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立了相應(yīng)數(shù)值模型，全面分析了渤海海

2、域特別是渤海近岸的光學(xué)性質(zhì)，并發(fā)展了葉綠素濃度垂向最大值遙感反演算法。 依據(jù)2005年的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，本文分析了渤海近岸水體的光學(xué)性質(zhì)，包括水體的吸收系數(shù)，散射系數(shù)以及衰減系數(shù)等，建立了相應(yīng)的葉綠素吸收光譜模型，黃色物質(zhì)吸收光譜模型以及顆粒物后向散射系數(shù)模型等。 通過(guò)對(duì)比現(xiàn)行的業(yè)務(wù)化海表層葉綠素濃度反演模式及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果，本文深入分析了這些模式在渤海的適用性，通過(guò)相互比較找出了在渤海各個(gè)海區(qū)內(nèi)反演結(jié)果精確度相對(duì)較高的模

3、式。然而總的來(lái)說(shuō)，將這些模式完全照搬到渤海海海域是會(huì)產(chǎn)生較大反演誤差的。因此，針對(duì)渤海必須要發(fā)展其自身獨(dú)特的遙感算法。 根據(jù)輻射傳輸理論，本文建立了一個(gè)適用于一類水體輻射傳輸?shù)睦硐肽Ｐ?，用?lái)研究葉綠素垂向分布結(jié)構(gòu)對(duì)水色遙感信息所產(chǎn)生的影響。該模型的三個(gè)主要遙感參數(shù)包括海表面遙感反射率、海水穿透深度以及垂向積分的葉綠素濃度值。模型的輸出結(jié)果顯示，當(dāng)海表層葉綠素濃度不變而葉綠素垂向分布結(jié)構(gòu)變化的時(shí)候，上述三個(gè)參數(shù)在可見(jiàn)光波段范圍內(nèi)都

4、受到很大的影響，特別是在藍(lán)綠光波段受到的影響最大。 經(jīng)驗(yàn)藍(lán)綠波段比值法是反演海表層葉綠素濃度的有效方法，例如SeaWiFS的OC4V4算法是一個(gè)最有代表性的藍(lán)綠波段比值法。因此為研究葉綠素垂向結(jié)構(gòu)對(duì)葉綠素濃度反演所產(chǎn)生的影響，本文以O(shè)C2V4算法為例進(jìn)行了討論。結(jié)果顯示，當(dāng)海表層葉綠素濃度不變的時(shí)候，OC2V4算法的輸出數(shù)據(jù)是隨著葉綠素垂向分布結(jié)構(gòu)的變化而變化的，這對(duì)于一個(gè)反演海表層葉綠素濃度的算法來(lái)說(shuō)顯然是不能接受的。通過(guò)分析

5、模式結(jié)果，本文利用了一個(gè)特殊的遙感波段，建立了一種新型的葉綠素反演算法，該算法可以不受葉綠素垂向分布結(jié)構(gòu)的影響，較準(zhǔn)確地反演出海表層葉綠素濃度。目前，還沒(méi)有人專門針對(duì)葉綠素垂向分布結(jié)構(gòu)不一致的海域發(fā)展反演海表層葉綠素濃度的算法，而現(xiàn)行的大部分經(jīng)驗(yàn)算法都是依靠藍(lán)綠波段比值法來(lái)反演海表層葉綠素濃度的，這就不可避免的會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的誤差。因此可以說(shuō)本文提出的新算法對(duì)以后的研究可以起到指導(dǎo)作用。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，文中首先分析了渤海海域的葉綠素垂向分布結(jié)

6、構(gòu)特征并且將其加以分類。針對(duì)每一類的垂直方向分布特征，在前人研究的基礎(chǔ)上建立了相應(yīng)的適用于渤海海域的數(shù)學(xué)模式，該模型的建立可以使人們更準(zhǔn)確的研究渤海海域的水體性質(zhì)以及生態(tài)特征。另外，采用藍(lán)綠波段比值法，文中建立一個(gè)反演葉綠素濃度最大值的遙感模式，并且利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，取得了較好的結(jié)果。 根據(jù)Lee等人的研究結(jié)果，作者進(jìn)一步建立了一個(gè)近岸二類水體水色遙感算法的“半分析模型”，它是一個(gè)適合渤海海域的參數(shù)化模型。通過(guò)根據(jù)渤海海