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1、海洋遙感TheOceanicRemoteSensing2021/10/23第五章海洋水色遙感概述海洋水色遙感機(jī)理生物-光學(xué)算法的物理基礎(chǔ)海洋水色要素濃度反演赤潮現(xiàn)象的遙感監(jiān)測(cè)與反演2021/10/235.1概述1.海洋水色遙感傳感器1970年，Clarke等成功的驗(yàn)證了利用航空光譜遙感水體表層葉綠素濃度的可行性。CZCS（Nimbus-7）SeaWifs（SeaStar）MODIS（Terra-Aqua）COCTS（HY-1A、HY-1B）2021/10/235.1概述1.海洋水色遙感傳感器2021/10/235.
2、1概述1.海洋水色遙感傳感器波段設(shè)置2021/10/235.1概述2.與海洋水色遙感有關(guān)的應(yīng)用和研究全球氣候變化（包括海洋碳通量研究）海岸帶管理與（工程）環(huán)境評(píng)價(jià)海洋初級(jí)生產(chǎn)力與海洋漁業(yè)資源的開發(fā)、保護(hù)海洋污染環(huán)境的監(jiān)測(cè)海洋動(dòng)力環(huán)境研究海洋生態(tài)系統(tǒng)與混合層物理性質(zhì)的關(guān)系研究2021/10/235.1概述2.與海洋水色遙感有關(guān)的應(yīng)用和研究2021/10/235.1概述3.海洋水色遙感中的關(guān)鍵技術(shù)大氣校正-從傳感器接收到的信號(hào)中消除大氣的影響，獲得包含海水組分信息的海面離水輻射度。生物光學(xué)算法-根據(jù)不同海水的光學(xué)特性與
3、離水輻射度之間的關(guān)系，估算有關(guān)的海洋水色要素。2021/10/235.1概述4.海洋水色遙感的幾個(gè)基本概念海洋水體分類根據(jù)Morel等提出的雙向分類法，可分為：-Ⅰ類水體：光學(xué)特性主要由浮游植物及其分解物決定；-Ⅱ類水體：光學(xué)特性除了與浮游植物及其分解物有關(guān)外，還由懸浮物、黃色物質(zhì)決定，其水色由水體的各成分以非線性方式來(lái)影響。2021/10/235.1概述4.海洋水色遙感的幾個(gè)基本概念海水的光學(xué)特性海水的光學(xué)特性有：表觀光學(xué)量和固有光學(xué)量。表觀光學(xué)量由光場(chǎng)和水中的成分而定，包括向下輻照度、向上輻照度、離水輻亮度、遙
4、感反射率、輻照度比等，以及這些量的衰減系數(shù)。固有光學(xué)量與光場(chǎng)無(wú)關(guān)，只與水中成分分布及其光學(xué)特性有關(guān)，直接反映媒介的散射和吸收特征，如：吸收系數(shù)；散射系數(shù)；體積散射函數(shù)等。2021/10/235.1概述4.海洋水色遙感的幾個(gè)基本概念海水的色素葉綠素：反映海洋生產(chǎn)力的變化，最主要的為葉綠素a，在藍(lán)光（420-500nm）和紅光（600-700nm）波段具有兩個(gè)強(qiáng)吸收谷。熒光：浮游植物吸收的太陽(yáng)能在某波段上的輻射光，該值可作為植物健康狀況的標(biāo)志。色素濃度：葉綠素a和褐色素濃度之和，常用C表示。2021/10/235.1概
5、述4.海洋水色遙感的幾個(gè)基本概念黃色物質(zhì)-在全球碳循環(huán)研究中比較重要海水中的融解有機(jī)物DOM包括顆粒狀有機(jī)碳POC和融解的有機(jī)碳DOC。海水中的有色融解有機(jī)物（CDOM）被稱為黃色物質(zhì)。黃色物質(zhì)在藍(lán)色波段具有強(qiáng)烈的吸收。一般定義黃色物質(zhì)濃度為：2021/10/235.1概述4.海洋水色遙感的幾個(gè)基本概念黃色物質(zhì)融解有機(jī)物DOM的光譜吸收曲線2021/10/235.1概述4.海洋水色遙感的幾個(gè)基本概念海洋初級(jí)生產(chǎn)力初級(jí)生產(chǎn)力表示在單位海洋面積內(nèi)，浮游植物通過(guò)光合作用固定碳的速率或能力，與平均葉綠素相關(guān)，單位為mg·m
6、-2·d-1。反演算法有：經(jīng)驗(yàn)算法、解析算法。2021/10/235.1概述4.海洋水色遙感的幾個(gè)基本概念赤潮海水中的浮游生物過(guò)度繁殖或聚焦致使海水變色（多為紅色）的一種生態(tài)環(huán)境惡化的現(xiàn)象。2021/10/235.2海洋水色遙感機(jī)理1.海洋水色遙感機(jī)理的簡(jiǎn)單描述海洋水色遙感是基于傳感器接收的離水輻射（透射入水的輻射經(jīng)過(guò)水體反射離開水面的輻射）所進(jìn)行的。水中各重要成分濃度變化→水體吸收和散射光學(xué)性質(zhì)變化→離水輻射度變化→傳感器接收信號(hào)發(fā)生變化。水色遙感過(guò)程：通過(guò)大氣校正，得到離水輻射，再根據(jù)各成分濃度與離水輻射之間的
7、相關(guān)關(guān)系，反演得到各水色要素濃度。2021/10/235.2海洋水色遙感機(jī)理※.海洋水色遙感的正演與反演2021/10/235.2海洋水色遙感機(jī)理※.大氣校正前后的輻射度對(duì)水色要素的指示不同TOABOA2021/10/235.2海洋水色遙感機(jī)理2.具體的模型描述-水氣輻射傳輸模型a.簡(jiǎn)化模型b.a模型細(xì)化c.考慮多次散射和白浪引起的散射水中物質(zhì)太陽(yáng)傳感器海表2021/10/23※.利用水氣輻射傳輸模型反演的主要過(guò)程（1）輻射定標(biāo)（2）大氣校正采用近似法（如對(duì)模型進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化）和數(shù)值法（如采用一些同步的大氣數(shù)據(jù)進(jìn)行
8、計(jì)算）；利用近紅外兩個(gè)波段的離水輻射度近似為0來(lái)進(jìn)行校正。2021/10/23第8波段氣溶膠散射計(jì)算n值其它波段氣溶膠散射（3）水色要素反演-(生物光學(xué)算法、經(jīng)驗(yàn)公式法）※.利用水氣輻射傳輸模型反演的主要過(guò)程?以SeaWIFS（SeaStar）對(duì)一類水體探測(cè)為例，設(shè)置了大氣校正通道7（765nm）和8（865nm）。這二個(gè)波段的離水輻射度近似為0。生物-光學(xué)
