【摘要】： 本文對渤海海域的水色遙感,包括對近岸水體光學性質(zhì)、葉綠素濃度垂向分布和水色遙感算法進行了深入的研究。渤海是我國的一個內(nèi)陸海,深入了解其光學性質(zhì)對我國水色遙感的發(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、營養(yǎng)鹽和可溶有機物的輸入等原因,渤海海域的光學性質(zhì)變得非常復(fù)雜,國內(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)場數(shù)據(jù)之間存在較大的誤差。針對這個問題,本文根據(jù)輻射傳輸方程和實測數(shù)據(jù)建立了相應(yīng)數(shù)值模型,全面分析了渤海海域特別是渤海近岸的光學性質(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年的實測數(shù)據(jù),本文分析了渤海近岸水體的光學性質(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。 通過對比現(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,通過相互比較找出了在渤海各個海區(qū)內(nèi)反演結(jié)果精確度相對較高的模式。然而總的來說,將這些模式完全照搬到渤海海海域是會產(chǎn)生較大反演誤差的。因此,針對渤海必須要發(fā)展其自身獨特的遙感算法。 根據(jù)輻射傳輸理論,本文建立了一個適用于一類水體輻射傳輸?shù)睦硐肽Ｐ?用來研究葉綠素垂向分布結(jié)構(gòu)對水色遙感信息所產(chǎn)生的影響。該模型的三個主要遙感參數(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)變化的時候,上述三個參數(shù)在可見光波段范圍內(nèi)都受到很大的影響,特別是在藍綠光波段受到的影響最大。 經(jīng)驗藍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算法是一個最有代表性的藍綠波段比值法。因此為研究葉綠素垂向結(jié)構(gòu)對葉綠素濃度反演所產(chǎn)生的影響,本文以O(shè)C2V4算法為例進行了討論。結(jié)果顯示,當海表層葉綠素濃度不變的時候,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,這對于一個反演海表層葉綠素濃度的算法來說顯然是不能接受的。通過分析模式結(jié)果,本文利用了一個特殊的遙感波段,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,較準確地反演出海表層葉綠素濃度。目前,還沒有人專門針對葉綠素垂向分布結(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)驗算法都是依靠藍綠波段比值法來反演海表層葉綠素濃度的,這就不可避免的會產(chǎn)生相應(yīng)的誤差。因此可以說本文提出的新算法對以后的研究可以起到指導(dǎo)作用。 根據(jù)實測數(shù)據(jù),文中首先分析了渤海海域的葉綠素垂向分布結(jié)構(gòu)特征并且將其加以分類。針對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)學模式,該模型的建立可以使人們更準確的研究渤海海域的水體性質(zhì)以及生態(tài)特征。另外,采用藍綠波段比值法,文中建立一個反演葉綠素濃度最大值的遙感模式,并且利用實測數(shù)據(jù)對其進行檢驗,取得了較好的結(jié)果。 根據(jù)Lee等人的研究結(jié)果,作者進一步建立了一個近岸二類水體水色遙感算法的“半分析模型”,它是一個適合渤海海域的參數(shù)化模型。通過根據(jù)渤海海域的光學性質(zhì)將模式加以修改,本文利用該模式成功的反演出水體中的一些光學參數(shù)如葉綠素吸收系數(shù),黃色物質(zhì)吸收系數(shù),顆粒物的后向散射系數(shù),以及葉綠素垂向濃度最大值對應(yīng)的深度等。至此,渤海海域的葉綠素垂向最大值的遙感模式已經(jīng)基本建立,經(jīng)驗?zāi)Ｊ接脕矸囱葑畲笾禎舛?半分析模型用來反演最大值的對應(yīng)深度。本文的研究為將來拓展海洋水色遙感從海表層進入水體內(nèi)部的應(yīng)用提供了一個新的途徑。
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：P731.1
【圖文】：

圖 2-1. 輻亮度定義示意圖且具有方向性（如圖（2-1）所示），可頂角。輻亮度是水色遙感中的最重向上輻亮度（Lu）以及離水輻亮度（(0-, λ, ,θw) 經(jīng)水－氣界面透射后穿(0,,,)(0,,,,)]22uwuwLntLλ θλ θθθ =輻亮度的天頂角。n 為水體折射系垂直入射輻射的菲涅爾反射比，它的是在渤海海域測量得到的 Lu隨深8N），以及其對應(yīng)的穿出海面的離水受到海水內(nèi)各種物質(zhì)的衰減作用，Lu

輻亮度隨波長變化且具有方向性（如圖（2其中 是方位角，θ是天頂角。輻亮度是水色較常用的輻亮度參量有向上輻亮度（Lu）以及面之下的上行輻亮度 Lu(0-, λ, ,θw) 經(jīng)水－氣(0,,,)[1(,)](,,)2uwwwLnL λ θρθθλ θ = = 式中θw為海面之下上行輻亮度的天頂角。n 為1.34。ρ 為水氣界面對垂直入射輻射的菲涅角度有關(guān)。圖 2-2 顯示的是在渤海海域測量得點位置：119.70E，39.48N），以及其對應(yīng)的穿例子�？梢钥闯�，由于受到海水內(nèi)各種物質(zhì)的小的，在同一深度 Lu的最大值出現(xiàn)在 490nm 是海水中穿透深度最大的波段。

-4. 渤海海域測量得到的 Ed隨深度以及波長變化的例子（119.70E，39反射比 R反射比 R 定義為上行輻照度與下行輻照度在給定深度的比值(,)(,)(,)EzEzRzduλλλ = 一個無量綱量。遙感反射率 Rrs遙感反射率是水色遙感里非常重要的一個參數(shù)，它定義為在給定深度亮度同下行輻照度的比值，其單位為 sr-1(,)(,,,)(,,,)λλ θλ θEzLzRzduwrsw= 在實際的水色遙感應(yīng)用中，衛(wèi)星或機載傳感器都是從空中觀測海洋的，

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 孟靈;屈凡柱;畢曉麗;;二類水體懸浮泥沙遙感反演算法綜述[J];浙江海洋學院學報(自然科學版);2011年05期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 郝艷玲;黃河口水體生物光學性質(zhì)逐時變化的靜止海洋水色衛(wèi)星遙感探測研究[D];中國海洋大學;2012年

相關(guān)碩士學位論文 前3條

1 王建樂;基于遙感數(shù)據(jù)的海洋水色水溫重構(gòu)方法研究[D];天津大學;2012年

2 鄭小莉;基于衛(wèi)星影像的海洋信息檢測能力與技術(shù)方法研究[D];中南大學;2010年

3 郁e⒗

本文編號：2750749