叶绿素浓度垂直不均一分布对于分层水体表观光学特性的影响VIP专享VIP免费

©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第30卷,第2期光谱学与光谱分析Vol130,No12,pp48924942010年2月SpectroscopyandSpectralAnalysisFebruary,2010叶绿素浓度垂直不均一分布对于分层水体表观光学特性的影响席颖1,杜克平13,张丽华1,ZhongpingLee2,李小文111北京师范大学地理学与遥感科学学院,遥感科学重点实验室,环境遥感与数字城市北京市重点实验室,北京10087521NorthernGulfInstitute,MississippiStateUniversity,MS39529,USA摘要以往大部分海洋光学和海色研究都是以海洋光学有效成分及固有光学特性垂直均一分布的假设为基础进行的,然而海洋观测表明海水成分的垂直不均一性大量存在。文章通过Hydrolight辐射传输模拟研究了叶绿素浓度垂直不均一分布对海水表观光学特性的影响。叶绿素浓度垂直不均一分布由高斯模型来近似模拟,选择成熟的一类水体生物光学模型,利用Hydrolight辐射传输代码模拟表观光学特性,将垂直不均一廓线情况下模拟的表观光学特性值与具有本底值的均一廓线情况所模拟的相应值进行了比较。结果表明,水表面以下的叶绿素浓度最大值增加了蓝光波段的遥感反射率,减小了绿光波段的遥感反射率,而且改变了水体中辐射的方向分布,在叶绿素浓度最大值处,下行辐射漫衰减系数和平均余弦廓线分别出现峰值和谷值。关键词叶绿素浓度垂直不均一分布;遥感反射率;漫衰减系数;平均余弦中图分类号:TP721文献标识码:ADOI:1013964/j1issn1100020593(2010)0220489206收稿日期:2009201225,修订日期:2009204217基金项目:国家自然科学基金项目(40771149)和国家重点基础研究发展计划项目(2007CB714407)资助作者简介:席颖,1981年生,北京师范大学地理学与遥感科学学院博士研究生e2mail:gisxiying@gmail1com3通讯联系人e2mail:kpdu@bnu1edu1cn引言海洋在全球气候和生态系统中起着重要的作用,在现代海洋学中,利用遥感数据监测海洋环境吸引了越来越多的关注。以前海洋光学和海色遥感方面的研究大多基于海水固有光学特性和光学有效组分垂直分布均一这一假设展开的。然而,这一假设并不总是成立,部分海洋观测表明垂直不均一性在上层水体大量存在[1]。这种垂直分布不均一性给理解海色遥感提取水体光学特性的真正意义提出了一定挑战,即由遥感反射率反演得到的水体有效成分和光学特性代表了透光层中哪一深度,或哪些深度的平均值。Gordon的一系列研究[224]针对如何理解垂直不均一水体遥感的意义等方面进行了探索。首先,Gordon从遥感的角度定义了光在水体中的渗透深度,即水体表层至水体中某一深度贡献了水表面90%的离水辐射,这一深度为光的渗透深度Z90。进而提出了用渗透深度以上叶绿素浓度的权重平均值作为连续分层水体的等效叶绿素浓度,提出在连续分层水体的遥感研究中,反演得到的叶绿素浓度应当与作者提出的权重平均值进行比较,并且建议其后的场地试验也应当将此权重平均值列为测量参数。Stramska等[5]和Xiu等[6]分别利用辐射传输模型和半分析性模型研究了叶绿素浓度垂直不均一分布对遥感反射率和渗透深度的影响。研究表明,垂直均一分布和垂直不均一分布所产生的遥感反射率Rrs差异在大多数情况下大于5%,在极端情况下,差异可以超过70%。为了全面分析垂直不均一分布的效应,使用类似的辐射传输模型,进一步研究叶绿素浓度垂直不均一分布对表观光学特性的影响,这里表观光学特性不仅包括遥感反射率Rrs,还有漫衰减系数Kd以及上下行辐射的平均余弦μd(z)和μu(z)等。1叶绿素浓度垂直不均一假设下的辐射传输模拟111Hydrolight辐射传输模型Hydrolight辐射传输代码已经被海洋光学和海色遥感的研究人员所广泛使用,并经过不断的完善和验证,能够得到较为准确的辐射分布和表观光学特性。与蒙特卡罗模拟相比,Hydrolight的输出结果没有统计噪声,可以模拟诸如风吹表面,水体组分垂直分布模式,固有光学特性光谱依赖等复杂条件下表观光学特性的变化[7]。©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.netHydrolight辐射传输代码内置模块提供了辐射传输计算所需要的边界条件。在计算中,假设大气能见度为23km,天顶...