【摘要】：后向散射系數(shù)是水色遙感的一個重要基礎光學參數(shù),其大小與水體組分有關,是重要的固有光學量之一。目前關于水體后向散射特性的研究主要集中在一類水體和近岸二類渾濁水體中,對于赤潮水體后向散射特性的研究相對較少,這在一定程度上阻礙了水色遙感分析模型的發(fā)展。本文從微微型浮游植物、微型浮游植物和小型浮游植物中選取四種我國近岸代表性赤潮藻種(微微藻、中肋骨條藻、強壯強溝藻和海洋原甲藻)進行培養(yǎng)和測量,并獲得生物-光學數(shù)據(jù),分析了不同藻種后向散射光譜變化特性及其影響因素,同時首次建立了基于MODIS數(shù)據(jù)的典型赤潮藻種細胞數(shù)遙感反演算法。主要內容和成果如下： 1)對不同類型的赤潮藻種的后向散射光譜變化特性進行研究。通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的分析計算,本文獲得了四個代表性藻種不同葉綠素濃度下的后向散射系數(shù)和后向散射比率光譜,結果表明,各藻種的后向散射系數(shù)和后向散射比率均隨葉綠素濃度的升高而增大,但是每個藻種都具有自己獨特的光譜形狀,并且微微型浮游植物和微型浮游植物在藍光波段420nm-488nm的后向散射系數(shù)光譜形狀還會隨葉綠素濃度改變而發(fā)生變化,而小型浮游植物海洋原甲藻的光譜形狀則始終保持不變。此外,通過對各藻種單位后向散射系數(shù)、單位后向散射比率以及后向散射截面的綜合分析得出大顆粒藻種在420-620nm之間具有相對比較平緩的后向散射光譜曲線,盡管不同粒徑大小的藻細胞顆粒對水體后向散射的貢獻規(guī)律很難確定,但后向散射截面與粒徑則呈良好的冪函數(shù)關系,該結論為日后赤潮藻種粒徑分布的遙感反演提供了理論依據(jù)。 2)針對藻類顆粒物藍光波段后向散射光譜形狀的變化特點,探討了顆粒物吸收對后向散射的影響,并針對各藻種建立了后向散射與吸收的特征響應關系模型,得出微微藻和強壯前溝藻的顆粒吸收對后向散射的影響較大,其決定系數(shù)R2分別為0.996和0.93；而對于中肋骨條藻和海洋原甲藻而言,其影響則相對較弱,R2僅為0.57和0.52。 3)建立水體表征參數(shù)與后向散射系數(shù)相關關系模型。本研究基于實測數(shù)據(jù),分別建立了后向散射系數(shù)與葉綠素濃度、細胞數(shù)之間的相關關系模型,分析得出線性回歸模型和乘冪回歸模型均可用來描述各藻種后向散射系數(shù)與葉綠素濃度之間的關系；而后向散射系數(shù)與細胞數(shù)只滿足冪指數(shù)關系模型,并且微微藻各波段的擬合系數(shù)基本相同；強壯前溝藻兩者的相關性隨著波長的增加而逐漸增強,至紅光波段700nm處,兩者之間的相關系數(shù)R2則高達0.99；海洋原甲藻的最佳擬合波段則出現(xiàn)在藍光波段和紅光波段處,該結論為日后建立典型赤潮藻種的細胞數(shù)遙感反演算法奠定良好的理論基礎。 4)建立了基于MODIS衛(wèi)星的細胞數(shù)遙感反演算法,實現(xiàn)了赤潮水體信息的有效提取。本論文利用實驗獲得的測量數(shù)據(jù),建立表觀量與固有量之間的關系,并選擇特征波段針對海洋原甲藻和微微藻建立了基于MODIS衛(wèi)星的細胞數(shù)遙感反演算法。根據(jù)赤潮監(jiān)測記錄,選取2012年6月16日微微藻赤潮的MODIS影像進行提取實驗,分別采用多波段遙感反演算法和單波段遙感反演算法進行細胞數(shù)反演。結果表明,對于高葉綠素水體,多波段細胞數(shù)反演模型的反演精度明顯高于單波段細胞數(shù)反演模型,但是對于混合像元信號,赤潮檢測比較困難,容易導致誤判,特別對于懸沙較大的水體,反演的結果也偏大；而對于高懸沙水體,基于488nm的單波段的細胞數(shù)反演模型的反演精度則相對更高,盡管監(jiān)測點位的反演結果比實測細胞數(shù)偏低,但從總體對赤潮的識別效果而言,單波段的反演算法明顯剔除了懸沙的影響,識別精度更高一些。
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：X55;X173

【參考文獻】

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本文編號：2527704