東中國海大氣氣溶膠模型和海水后向散射模型.pdf

1、東中國海以具有混濁沿岸水著稱,屬典型的二類水體。由于黃河、長江河水的入海,工業(yè)城市的沿海布局,使東中國海富集浮游植物、懸移質(zhì)和黃色物質(zhì):蒙古和中國北部沙漠地區(qū)黃沙和陸源煤煙隨大氣傳輸入侵,使東中國海和東亞海域的大氣氣溶膠呈現(xiàn)強(qiáng)吸收性。因此,國外提供的海色衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品諸如MERIS、MODIS在東中國海沿岸水域具有很大誤差;中國的在軌海色傳感器FY-3A/MERSI和HY-1B/COCTS實(shí)際上缺乏可靠的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。
　　 本文針對(duì)

2、歐空局Envisat/MERIS數(shù)據(jù),它是目前相對(duì)最佳的在軌海色傳感器,利用1998-2010年東中國海海洋光學(xué)和大氣光學(xué)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)集以及Mie散射和大氣一海洋輻射傳遞模擬計(jì)算軟件,對(duì)東中國海的大氣氣溶膠模型和海水后向散射模型進(jìn)行了較深入的研究,它們是解決東中國海海色反演算法的關(guān)鍵問題。主要研究結(jié)果如下:
　　 1.MERIS、MODIS大氣校正算法在東中國海的評(píng)估。
　　 評(píng)估結(jié)果表明:經(jīng)ESA大氣校正算法獲得的遙感

3、反射比Rrs(λ)在東中國海的印證平均相對(duì)誤差達(dá)71％,最大相對(duì)誤差高達(dá)300％。單次散射反照率SSA-(A)ngstr(o)m指數(shù)α分布圖被用于檢驗(yàn)氣溶膠模型的粒徑分布和折射率特征,上述二者的氣溶膠模型均不能涵蓋東中國海的大氣氣溶膠特征。ESA大氣校正算法在東中國海的性能總體上優(yōu)于NASA SeaDAS6.1大氣校正算法。后者的(A)ngstr(o)m指數(shù)α在東中國海的性能優(yōu)于前者。
　　 2.東中國海大氣氣溶膠光學(xué)性質(zhì)。

4、r>　　 根據(jù)各類氣溶膠光學(xué)厚度τa和(A)ngstr(o)m指數(shù)α的數(shù)值范圍,利用AERONET和SKYNET氣溶膠觀測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫19個(gè)東中國海岸站以及中國海洋大學(xué)海洋遙感研究所海洋光學(xué)數(shù)據(jù)庫ORSIO2DB6個(gè)航次620個(gè)站位的數(shù)據(jù),首次給出東中國海大氣氣溶膠τa-α分類分布圖,以及三種氣溶膠類型的粒徑分布和單次散射反照率光譜。東中國海大氣氣溶膠以海鹽(CM)、煤煙(BU)和黃沙(DD)共同作用的混合型為主導(dǎo);煤煙的作用大于黃沙;黃

5、沙的作用與區(qū)域和季節(jié)有關(guān);幾乎沒有海鹽作用為主的區(qū)域和季節(jié)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,給出東中國海大氣氣溶膠光學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)參數(shù)。
　　 3.東中國海大氣氣溶膠模型及氣溶膠反射率查找表。
　　 利用氣溶膠粒徑分布和折射率現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)以及氣溶膠粒徑雙峰對(duì)數(shù)正態(tài)分布,首次給出東中國海大氣氣溶膠模型,包括粒徑分布模型參數(shù)表和折射率參數(shù)表。利用Mie散射計(jì)算軟件,由該氣溶膠模型計(jì)算氣溶膠光學(xué)性質(zhì)并與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)比較,二者吻合;用另一組現(xiàn)場(chǎng)測(cè)

6、量數(shù)據(jù)作比較印證。利用德國柏林自由大學(xué)研發(fā)的MOMO大氣海洋輻射傳遞計(jì)算軟件,進(jìn)一步給出適用于東中國海的大氣氣溶膠反射率查找表。
　　 4.東中國海海水后向散射模型
　　 利用中國海洋大學(xué)的ORSIO2DB數(shù)據(jù)庫東中國海6個(gè)航次575站位的數(shù)據(jù),選擇Doxaran et al.(2009)的海中懸浮粒子散射系數(shù)bp(λ)光譜模型,擬合獲得適用于東中國海的bp(λ)模型參數(shù)γ計(jì)算公式和平均值。Bp(λ)模型計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

7、值的相對(duì)誤差分別為4.76％和5.22％,均方根誤差RMSE為0.1117和0.1199。基于Morel的懸浮粒子后向散射系數(shù)bbp(λ)光譜模型,擬合給出適用于東中國海的懸浮粒子后向散射系數(shù)bbp(λ)光譜冪指數(shù)的計(jì)算公式和平均值。bbp(λ)模型計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值的相對(duì)誤差分別為5.22％和5.24％,RMSE均為0.0016。在此基礎(chǔ)上,給出東中國海bbp(λ)/bp(λ)的光譜模型。進(jìn)一步利用同步測(cè)量的懸浮粒子濃度SPM數(shù)據(jù),給