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衛(wèi)星海色遙感中的兩個(gè)前沿問(wèn)題:海中氣泡和垂直非均勻海洋光學(xué)

發(fā)布時(shí)間:2020-10-12 22:41
   當(dāng)前,衛(wèi)星海色遙感算法和應(yīng)用均基于海水垂直均勻分布的假設(shè),并且沒(méi)有考慮由風(fēng)浪破碎產(chǎn)生的海中氣泡對(duì)散射的貢獻(xiàn)。事實(shí)上,在上層海洋,包括氣泡在內(nèi)的海水組分通常是垂直非均勻分布的,尤其在近岸海域。本文進(jìn)一步研究了衛(wèi)星海色遙感中的這兩個(gè)前沿問(wèn)題;谟^測(cè)數(shù)據(jù)的分析,研究了海中氣泡對(duì)遙感反射比的貢獻(xiàn)以及對(duì)大氣校正的影響;诤Q筝椛鋫鬟f模擬,研究了懸浮物、海中氣泡垂直非均勻分布對(duì)近岸海水遙感反射比的影響。具體研究結(jié)果如下: 1.基于海洋光學(xué)和海面風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析,以及海洋輻射傳遞模擬,進(jìn)一步證明對(duì)于光學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的大洋水,不同風(fēng)速條件下遙感反射比的不同主要源于海中氣泡。通過(guò)擬合73組海面風(fēng)速和遙感反射比觀測(cè)數(shù)據(jù),獲得遙感反射比和海面風(fēng)速的統(tǒng)計(jì)關(guān)系,以及遙感反射比和海中氣泡濃度的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。利用23組海色傳感器MODIS/Aqua和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的遙感反射比匹配數(shù)據(jù),研究了印證誤差和海面風(fēng)速的統(tǒng)計(jì)關(guān)系,獲得不同風(fēng)速條件下衛(wèi)星遙感反射比的修正公式。 2.基于MODIS和現(xiàn)場(chǎng)遙感反射比的印證結(jié)果,進(jìn)一步研究了海中氣泡對(duì)大氣校正的影響及其機(jī)制。大氣校正誤差因海中氣泡的存在和增多而增大。即使在大洋,近紅外波段離水輻亮度為0的假設(shè)因氣泡的存在而失效。導(dǎo)致氣溶膠輻亮度被高估,氣溶膠模型可能選錯(cuò),可見(jiàn)光波段遙感反射比被低估。 3.基于海洋輻射傳遞模擬,研究了懸浮物濃度(包括浮游植物和礦物粒子)及相關(guān)固有光學(xué)性質(zhì)的垂直非均勻分布對(duì)近岸海水遙感反射比的影響。假設(shè)垂直兩層分布;有色可溶有機(jī)物CDOM的固有光學(xué)性質(zhì)隨懸浮物濃度共變。分析了兩層分布遙感反射比與垂直均勻分布遙感反射比的差異,并將兩層垂直結(jié)構(gòu)參數(shù)化以進(jìn)一步研究結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)遙感反射比的影響,首次建立了紅-近紅外波段的遙感反射比和懸浮物濃度垂直結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系。 4.基于海洋輻射傳遞模擬和Mie散射理論,研究了垂直非均勻分布的海中氣泡對(duì)近海海水遙感反射比的影響。分別考慮背景海水垂直均勻和垂直兩層分布兩種情況。氣泡粒徑分布模型來(lái)自文獻(xiàn),它是深度和海面風(fēng)速的函數(shù)。模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn),對(duì)于近海海域,海中氣泡對(duì)遙感反射比的影響不僅與風(fēng)速有關(guān),并與上層海水深度、背景海水衰減系數(shù)以及波長(zhǎng)有關(guān)。對(duì)于渾濁的近海海水,海中氣泡對(duì)遙感反射比的影響可以忽略。
【學(xué)位單位】:中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位年份】:2011
【中圖分類(lèi)】:P715.7
【部分圖文】:

研究框架,海洋光學(xué),近岸海域,懸浮物濃度


氣泡的研究均基于大洋。關(guān)于垂直非均勻海洋光學(xué),本文利用海洋輻射傳遞模擬,研究近岸海域懸浮物濃度和海中氣泡垂直非均勻分布對(duì)海水遙感反射比的影響。研究框架如圖1.1所示。

衛(wèi)星圖,海色,衛(wèi)星,大氣校正


遙感中的兩個(gè)前沿問(wèn)題:海中氣泡和垂直非均勻海洋光學(xué)2.2.1大氣校正圖2.1給出衛(wèi)星海色遙感原理示意圖。海色傳感器接收到的大氣頂總輻亮度Lt(均包括大氣中分子和氣溶膠的貢獻(xiàn)(L;(勸+La(勸+Lra(均)、海面的太陽(yáng)耀斑和白帽的貢獻(xiàn)(乓(x)+Lwc(x))以及海水中各組分的貢獻(xiàn),即離水輻亮度Lw(勸,Lt(均=L,(x)+La(助+Lra(x)+T(勸L以勸+t(助Lwc(勸+t(均Lw(助(2一13)其中T(均和t(均本別是從海面至傳感器的大氣直射、漫射透過(guò)率。事實(shí)上,傳感器接收到的來(lái)自水體的輻亮度最多占總輻亮度的15%。為了去除大氣的吸收和散射,獲取包含水體組分信息的海面向上光譜輻射,需要進(jìn)行大氣校正。圖2.1衛(wèi)星海色遙感原理圖00記 onandwans[87]提出了Dart一 blaekPixel(DP)大氣校正算法,即假設(shè)海水的反射比在近紅外波段(near~infrared,NIR)為O。本文 3.5節(jié)的研究就是基于 MoDIs/Aqua在大洋水的DP大氣校正算法

變化曲線,散射效率因子,氣泡


rmax和rmin,分別表示氣泡的最大半徑和最小半徑。2.3.1單個(gè)氣泡的光學(xué)性質(zhì)圖2.2給出Mie散射計(jì)算的清潔氣泡在三個(gè)波段(443、550、676nm)的Qb,bub和Qbb,。u。隨半徑的變化曲線,折射率n=0.75。隨著氣泡半徑的增大,Qb,。u。和Qbb,。u。都先增大,然后出現(xiàn)震蕩,直到當(dāng)氣泡半徑相對(duì)波長(zhǎng)較大時(shí),達(dá)到漸進(jìn)值。圖2.2清潔氣泡(n二0.75)的散射效率因子必
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào):2838383

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