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浑浊海岸水体色素成分的吸收特性测量及其浓度的遥感反演

余小龙  
【摘要】:水体吸收特性是海洋水色遥感反演中的关键参数之一,在利用遥感技术反演叶绿素浓度、悬浮泥沙浓度、以及初级生产力和各种生物光学模型建模上扮演着十分重要的作用。长江口及邻近海域为典型的复杂二类水体,水体固有光学特性复杂,在测量和遥感应用上都存在较大挑战。本文主要研究了二类水体悬浮颗粒物吸收系数的测量方法,为颗粒物吸收系数的精确测定提供依据,并根据实测数据讨论了CDOM的时空分布特征及DOC浓度和叶绿素a浓度两个遥感反演研究。 为研究不同因素对吸收系数测量结果的影响,文中分别采用透射法(T法)、透射反射法(T-R法)和吸收法(A法)3种方法测量颗粒物吸收系数,结果表明,A法在测量悬浮颗粒物吸收系数时受滤膜差异性、滤膜含水量以及滤膜颗粒物分布不均匀等因素的影响较小,测量精度较高。文中对不同测量方法的光程放大因子的研究结果表明:不同测量方法,不同颗粒物富集量会有不同的光程放大因子。采用线性拟合的方法求得A法、T法和T-R法的平均光程放大因子为4.01、2.32和2.20,相关系数分别为0.90、0.80和0.87。对于A法和T-R法,采用二次多项式拟合的方法计算光程放大因子可以提高测量精度,相关系数分别为0.95和0.94。对比各影响因素对测量结果造成的平均相对误差发现,光程放大因子是颗粒物吸收系数测量最大的误差来源。 文中根据2011年7月和2012年3月在长江口邻近海域的两个航次实测的CDOM吸收光谱,分析了CDOM吸收系数及光谱斜率的时空变化特征,分析结果表明,长江口邻近海域CDOM主要为陆源输入,7月份和3月份两个航次CDOM吸收系数与盐度呈良好的负相关关系,皮尔逊相关系数-0.945和-0.870,CDOM与盐度呈现了保守混合行为。7月份研究区域内CDOM陆源部分所占比例高于3月份的结果,光谱斜率S275-295与盐度的关系也说明了两个航次CDOM组成成分存在差异。7月份航次中DOC与CDOM呈非保守混合行为,a*g(355)和S275-295非线性拟合的方法建立CDOM反演DOC的模型,模型结果的相关系数R2为0.751,大多数点位反演误差在20%以内。 文中分别基于两波段比值模型、基于极值的两波段比值模型、基于三波段组合模型、基于NAP校正的三波段组合模型、FLH算法和SCI算法六种经验算法对长江口2011年7月和2012年7月航次叶绿素a浓度进行反演,结果显示六个模型中基于两波段比值算法反演的精度最低,线性拟合的均方根误差为0.7mg/m3,FLH算法反演精度最高,二次多项式拟合的均方根误差为0.34mg/m3。总体来说,对于每个算法二次多项式拟合的精度均高于线性拟合的结果。利用2009年8月数据对各经验模型进行验证表明,基于两波段比值反演的精度最高,均方根误差为0.898mg/m3。 文中汇总了其他学者在长江口地区的水体各组分的参数化方程,建立了遥感反射率“正演’模型。通过模型分析了Rrs对水体组分浓度变化的响应特征,并验证了比值法、FLH算法和SCI算法反演Chla浓度的可行性,并得出了不同悬浮颗粒物浓度下各反演算法的参数不同,应建立根据悬浮颗粒物浓度分级的Chla反演算法提高反演精度。


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