發(fā)布時間：2018-11-29 12:14

【摘要】：富營養(yǎng)化水體中,藻類和其它浮游植物會大量繁殖,而藻類細胞中葉綠素所占的比例比較穩(wěn)定,因此葉綠素濃度是反映水體富營養(yǎng)化程度的一個重要指標。藻類細胞內的葉綠素分子吸收光能后,會以釋放能量的形式發(fā)射葉綠素熒光,因此葉綠素熒光可以作為近似估算葉綠素濃度的一個重要參數(shù),準確提取離水輻射中的葉綠素熒光對遙感監(jiān)測水體中的葉綠素濃度并且對水環(huán)境評價等具有重大的理論意義和廣泛的應用前景。在大氣海洋系統(tǒng)中,入射的太陽光會被大氣海洋系統(tǒng)的各種分子、氣溶膠和水溶膠散射,同時被海表反射,這些過程都會改變光的偏振態(tài)。被散射和反射的太陽光是部分偏振光,并且包含了能夠反映大氣海洋系統(tǒng)中的氣溶膠和懸浮物的本質特征的信息。水中顆粒物的彈性散射光是部分偏振光,而葉綠素熒光則是非偏振光,基于該特征并利用偏振技術可從總離水輻射信息中分離出熒光,從而達到遙感反演葉綠素濃度的目的。但對于近岸復雜水體,該方法能否適用并不清楚,基于此,實驗通過偏振測量系統(tǒng),具體分析了不同葉綠素濃度和無機顆粒物濃度,以及光源入射角,水表面有風情況對偏振分離方法的影響。本文選用抑食金球藻,強壯前溝藻和海洋原甲藻作為試驗藻種,利用地物光譜儀結合偏振器通過兩種觀測方式完成了室內條件下葉綠素熒光偏振分離實驗。結果表明,斜入射情況下,光源入射天頂角在30°-60°時,測量結果更為可信,入射角為45°時分離效果最好。對含不同濃度葉綠素的藻類水體,均能較好地分離出葉綠素熒光,但葉綠素濃度過低時,分離結果的誤差較大,相較而言,高濃度葉綠素水體的分離結果更為可靠。對含不同濃度無機顆粒物的藻類水體,分離出的熒光峰會隨濃度增加有降低趨勢,但是當顆粒物濃度達到3×105mg/m3時,反演結果仍然可靠。表面有風情況下,測量出的光譜曲線波動較大,但是并不影響熒光分離。同時也在秦皇島海域進行了赤潮水體和懸浮泥沙水體的現(xiàn)場偏振測量,結果表明對赤潮水體,偏振分離熒光方法仍然具有一定的適用性,表明利用偏振方法分離葉綠素熒光對遙感探測近岸水體的葉綠素濃度及赤潮監(jiān)測均具有重要意義。對現(xiàn)場測量懸浮泥沙水體,本文對比分析了偏振度光譜特征與遙感反射率的關系,發(fā)現(xiàn)上行輻亮度偏振度與遙感反射率光譜呈現(xiàn)反相關系,表明在獲取海洋水色信息方面,偏振度具有同遙感反射率類似的能力。
[Abstract]:Algae and other phytoplankton proliferate in eutrophication water, but the percentage of chlorophyll in algae cells is stable. Therefore, chlorophyll concentration is an important index to reflect the eutrophication degree of eutrophication. Chlorophyll molecules in algae cells emit chlorophyll fluorescence in the form of energy release after absorption of light energy, so chlorophyll fluorescence can be used as an important parameter to approximate estimate chlorophyll concentration. Accurate extraction of chlorophyll fluorescence from off-water radiation has great theoretical significance and wide application prospect for remote sensing monitoring of chlorophyll concentration in water body and evaluation of water environment. In the atmospheric ocean system, the incident solar light will be scattered by various molecules, aerosols and hydrosol in the atmospheric ocean system, and also reflected by the sea surface. These processes will change the polarization state of the light. The scattered and reflected sunlight is partially polarized and contains information that can reflect the essential characteristics of aerosols and suspended matter in atmospheric and oceanic systems. The elastic scattering light of particulate matter in water is partially polarized, while chlorophyll fluorescence is non-polarized light. Based on this characteristic and using polarization technique, fluorescence can be separated from the information of total off-water radiation, so that the chlorophyll concentration can be retrieved by remote sensing. However, it is not clear whether this method can be applied to the inshore complex water. Based on this, the different chlorophyll concentration, inorganic particle concentration and incident angle of light source are analyzed by polarization measurement system. The influence of wind on the polarization separation method. In this paper, Chlorella aurantia, Chlorophyta roxburghii and Prorocentrum were selected as experimental algae. The experiment of chlorophyll fluorescence polarization separation under indoor conditions was carried out by means of ground object spectrometer combined with polarizer. The results show that the measurement results are more reliable when the incident zenith angle of the light source is 30 擄-60 擄, and the separation effect is the best when the incidence angle is 45 擄. For algae with different concentrations of chlorophyll, chlorophyll fluorescence can be well separated, but when the concentration of chlorophyll is too low, the error of the separation results is larger, compared with that of high concentration of chlorophyll water, the separation results are more reliable. For algae with different concentrations of inorganic particles, the fluorescence summit showed a decreasing trend with increasing concentration, but when the concentration of particulate matter reached 3 脳 105mg/m3, the inversion results were still reliable. In the case of surface wind, the measured spectral curves fluctuate greatly, but do not affect the fluorescence separation. At the same time, the polarization measurements of red tide water and suspended sediment water are also carried out in Qinhuangdao Sea area. The results show that the polarization separation fluorescence method is still applicable to the red tide water. The results show that the polarization method of chlorophyll fluorescence separation is of great significance for remote sensing detection of chlorophyll concentration and red tide monitoring in coastal waters. In this paper, the relationship between polarization spectral characteristics and remote sensing reflectance is compared and analyzed for the measurement of suspended sediment in situ. It is found that the upstream radiance polarization degree and remote sensing reflectance spectrum are inversely related to each other, which indicates that in the aspect of obtaining ocean water color information, The degree of polarization has a capability similar to that of remote sensing reflectivity.
【學位授予單位】：大連海事大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X52

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本文編號：2364967