【摘要】：水體固有光學(xué)量(Inherent optical properties,IOPs)是水色遙感領(lǐng)域的重要物理參量,固有光學(xué)特性研究是進(jìn)行水色遙感的基礎(chǔ)。IOPs能夠?yàn)楣庠谒w中的輻射傳輸、水色參數(shù)的反演、水環(huán)境監(jiān)測(cè)等提供可靠的定量化信息,對(duì)水色遙感生物光學(xué)模型的開(kāi)發(fā)、水色衛(wèi)星傳感器的定標(biāo)和真實(shí)性檢驗(yàn)以及全球氣候變化的研究具有重要的實(shí)用意義。有色可溶性有機(jī)物(Chromophoric Dissolved Organic matter,CDOM),是一種廣泛存在于自然水體中的重要光學(xué)活性物質(zhì)(OACs),與浮游藻類(lèi)、非藻類(lèi)顆粒物(Non-algalparticles,NAP)同屬于水色遙感的主要研究對(duì)象。CDOM對(duì)河口或近岸水體有機(jī)物的分布、遷移和轉(zhuǎn)化具有重要的指示意義,與人類(lèi)活動(dòng)和生物地球化學(xué)循環(huán)有著密切的聯(lián)系。然而,現(xiàn)有的獲取IOPs和CDOM的反演算法大多針對(duì)特定區(qū)域或單一類(lèi)型水體,精度有限且適用性較低。目前CDOM反演算法存在明顯不足,開(kāi)發(fā)精確的CDOM反演算法仍存在很大的挑戰(zhàn)。此外,系統(tǒng)研究不同水體IOPs和CDOM遙感反演較少,特別是在光學(xué)特性復(fù)雜的近岸和內(nèi)陸水體。這些都造成IOPs及CDOM在水色衛(wèi)星的業(yè)務(wù)化應(yīng)用程度較低,為此,本文開(kāi)展了基于遙感與實(shí)測(cè)資料的固有光學(xué)量及CDOM的反演研究。主要研究結(jié)論如下:(1)本文收集了全球大洋生物光學(xué)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)集(NASA bio-Optical Marine Algorithm Dataset,NOMAD),開(kāi)展了東海、千島湖、太湖和南海蜈支洲島不同生物光學(xué)調(diào)查航次,詳細(xì)分析了不同水體的固有光學(xué)特性,包括水體吸收、散射,各水體光學(xué)活性組分的吸收、散射、吸收貢獻(xiàn)比及不同水體光學(xué)特性差異,建立了相應(yīng)的光譜模型;還分析了水體的表光學(xué)特性,提出了基于Rrs光譜最值的決策樹(shù)分類(lèi)方法,完成了水體光學(xué)類(lèi)型劃分。(2)開(kāi)發(fā)了適用于Type-1和Type-2型水體IOPs反演半分析算法(QAA-GRI),獲取了水體總吸收系數(shù)a(λ)、顆粒物后向散射系數(shù)bbp(λ)等參數(shù)。經(jīng)東海和千島湖數(shù)據(jù)集驗(yàn)證,QAA-GRI算法適用性高、反演效果好,精度較QAA和GSM業(yè)務(wù)化算法有顯著提高,可進(jìn)一步用于CDOM的遙感反演。(3)在反演IOPs基礎(chǔ)上,進(jìn)一步構(gòu)建了通用的CDOM吸收系數(shù)分離算法(CDOMLH),獲取了 CDOM吸收系數(shù)aCDM(λ)。經(jīng)東海和千島湖數(shù)據(jù)集驗(yàn)證,CDOMLH算法精度較CO-a443S及QAA-E分別提高了約30%和25%,經(jīng)太湖數(shù)據(jù)集驗(yàn)證,CDOMLH也能較好的適用于Type-3型水體。結(jié)果表明該算法反演效果理想,在不同區(qū)域、類(lèi)型水體具有較好的適用性。(4)將QAA-GRI算法和CDOMLH分離算法應(yīng)用于MERIS和OLCI衛(wèi)星影像,并與不同算法在衛(wèi)星影像的反演進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明本文建立的IOPs及CDOM反演算法應(yīng)用于水色衛(wèi)星是可行的。此外,利用這些算法生成了東海長(zhǎng)時(shí)間序列MERIS影像的a(443)、aCDOM(443)的月、季和年平均遙感產(chǎn)品,并分析了東海IOPs及CDOM時(shí)空分布特征。最后,提出了基于水體吸收系數(shù)的藻華識(shí)別方法,分析了藻華的時(shí)空演變。本研究的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn):(1)在分析不同水體光學(xué)特性的基礎(chǔ)上,提出了綠紅波段指數(shù)GRI,建立了新的參考波段處吸收系數(shù)參數(shù)化模型,該模型區(qū)別于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?具有明顯的物理含義。在該模型基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了在Type-1和Type-2型水體通用的IOPs反演算法-QAA-GRI,解決了 IOPs反演算法的適用性問(wèn)題,顯著提高了反演精度。(2)從水體各組分吸收相互作用的物理機(jī)制出發(fā),開(kāi)發(fā)了較通用的基于aphc(λ)光譜高度指數(shù)LH(443)的CDOM分離算法—CDOMLH,該算法解決了目前水色衛(wèi)星業(yè)務(wù)化算法未將aNP從aCDOM中分離的問(wèn)題,在不同水體類(lèi)型中均有較好的適用性,在Type-1和Type-2型水體中CDOM反演的精度提高了約25%。(3)基于(1)和(2)兩個(gè)創(chuàng)新點(diǎn),首次嘗試了新一代水色衛(wèi)星OLCI的IOPs及CDOM反演,生成了東海IOPs及CDOM的一系列遙感產(chǎn)品。提出了基于IOPs遙感產(chǎn)品的水體藻華識(shí)別方法,給IOPs的業(yè)務(wù)化應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。
【圖文】：

１．１．３水色遙感反演算法是水色衛(wèi)星業(yè)務(wù)化運(yùn)行的關(guān)鍵逡逑水色衛(wèi)星的業(yè)務(wù)化運(yùn)行主要包括衛(wèi)星傳感器系統(tǒng)、水色反演算法、原位觀測(cè)逡逑系統(tǒng)和業(yè)務(wù)化處理系統(tǒng)等四個(gè)方面，如圖１．２所示。衛(wèi)星傳感器系統(tǒng)是指衛(wèi)星傳感逡逑器和軌道平臺(tái)的硬件配置，這些硬件配置決定著傳感器的光譜、輻射、時(shí)間和空逡逑間分辨率等。算法是將衛(wèi)星觀測(cè)量與光學(xué)、生物地球化學(xué)和水色參數(shù)建立其聯(lián)系逡逑的一系列模型和算式。原位觀測(cè)系統(tǒng)用于對(duì)建立的算法進(jìn)行校正和驗(yàn)證。業(yè)務(wù)化逡逑處理系統(tǒng)是指衛(wèi)星獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)相應(yīng)系統(tǒng)的處理生產(chǎn)衛(wèi)星遙感產(chǎn)品，以便文逡逑持不同的用途和應(yīng)用。逡逑水色反演算法是水色衛(wèi)星業(yè)務(wù)化運(yùn)行的關(guān)鍵，它包括兩大類(lèi)針對(duì)不同對(duì)象的逡逑算法：１）水體參量反演算法，主要是指從衛(wèi)星獲取的／？？中反演水體中光學(xué)、生逡逑物地球化學(xué)和水質(zhì)等參數(shù)的定量信息；２）水色大氣校正算法，主要是指從衛(wèi)星逡逑獲取的穴？中剔除大氣信號(hào)，從而獲取水表面的輻射信號(hào)。以上兩種算法開(kāi)發(fā)的逡逑成功與否直接影響水色衛(wèi)星業(yè)務(wù)化運(yùn)行能力。逡逑３逡逑

邐ｂ逡逑ｍ逡逑圖１．１海洋－大氣－陸地碳循環(huán)過(guò)程示意，其中ＣＤＯＭ是溶解有機(jī)碳的重要組成逡逑（引自邋Ｒａｙｍｏｎｄ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００５［１４］）逡逑１．１．３水色遙感反演算法是水色衛(wèi)星業(yè)務(wù)化運(yùn)行的關(guān)鍵逡逑水色衛(wèi)星的業(yè)務(wù)化運(yùn)行主要包括衛(wèi)星傳感器系統(tǒng)、水色反演算法、原位觀測(cè)逡逑系統(tǒng)和業(yè)務(wù)化處理系統(tǒng)等四個(gè)方面，如圖１．２所示。衛(wèi)星傳感器系統(tǒng)是指衛(wèi)星傳感逡逑器和軌道平臺(tái)的硬件配置，這些硬件配置決定著傳感器的光譜、輻射、時(shí)間和空逡逑間分辨率等。算法是將衛(wèi)星觀測(cè)量與光學(xué)、生物地球化學(xué)和水色參數(shù)建立其聯(lián)系逡逑的一系列模型和算式。原位觀測(cè)系統(tǒng)用于對(duì)建立的算法進(jìn)行校正和驗(yàn)證。業(yè)務(wù)化逡逑處理系統(tǒng)是指衛(wèi)星獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)相應(yīng)系統(tǒng)的處理生產(chǎn)衛(wèi)星遙感產(chǎn)品，以便文逡逑持不同的用途和應(yīng)用。逡逑水色反演算法是水色衛(wèi)星業(yè)務(wù)化運(yùn)行的關(guān)鍵，，它包括兩大類(lèi)針對(duì)不同對(duì)象的逡逑算法：１）水體參量反演算法，主要是指從衛(wèi)星獲取的／？？中反演水體中光學(xué)、生逡逑物地球化學(xué)和水質(zhì)等參數(shù)的定量信息；２）水色大氣校正算法，主要是指從衛(wèi)星逡逑獲取的穴？中剔除大氣信號(hào)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：X87

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2684603