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《中国海洋大学》 2009年 博士论文
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东海赤潮监测卫星遥感方法研究

王云飞  
【摘要】: 赤潮监测对赤潮早期预警、预测以及起始和爆发条件的研究都十分关键。而海色传感器具有探测赤潮的能力,特别是中分辨率成像光谱仪(MEdium Resolution Imaging Spectrometer, MERIS)具有叶绿素荧光光谱681nm波段以及709 nm波段。此外,海色传感器是唯一能够穿透海水一定深度的传感器,它或许具有探测次表层叶绿素浓度垂直剖面峰值的潜力。 本文利用2003~2007年间分别于2月、5月、9月、11月在东海进行的五个航次所获得海洋光学现场数据及叶绿素浓度数据,并综合黄、东海文献资料,提出了东海赤潮常发区生物光学算法,其中增加了非弹性散射叶绿素a荧光模型。该生物光学算法与Hydrolight模拟数据以及现场数据吻合较好。基于该算法,利用L-M优化方法,并采用多组三组分浓度矢量作为初始值输入的半分析反演模型反演东海赤潮高发区的叶绿素浓度。利用现场测量的遥感反射比(Remote Sensing Reflectance, Rrs)数据以及叶绿素浓度数据进行印证,相关系数R2为0.94,均方根误差百分比为14.5%,其结果优于不考虑叶绿素a荧光的生物光学模型。证明该反演算法是可行的。将该半分析算法应用于MERIS数据,其结果优于欧空局(European Space Agency, ESA)的Ⅱ类水体业务化反演算法algal_2产品。 利用本文提出的东海赤潮常发区生物光学算法,给出了3000组模拟数据集。基于该数据集,研究MERIS荧光线高度FLH665-681-753、FLH665-681-709、最大叶绿素浓度指数MCI665-709-753、MCI681-709-753及其峰值与叶绿素浓度之间的关系,发现MCI665-709-753分布最适合东海赤潮监测,并提出MERIS数据东海赤潮监测判据。基于该判据对东海的两个赤潮案例进行分析,结果与国家海洋局发布的公报信息相符。 基于本文提出的东海赤潮常发区生物光学算法确定的固有光学性质模型,采用高斯分布模型描述叶绿素浓度垂直剖面,利用Hydrolight4.1模拟了180组数据用于研究赤潮增殖过程中叶绿素浓度垂直非均匀剖面对遥感反射比的影响。根据赤潮常发区现场观测数据,设计了高斯分布模型参数。比较了垂直非均匀和垂直均匀情况下叶绿素浓度剖面的模拟结果。讨论了高斯分布模型四个参数对遥感反射比的影响。可得到以下初步结论:叶绿素浓度垂直非均匀剖面参数的变化主要对绿黄波段有影响,对FLH和MCI值几乎没有影响。


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