黄河口水体生物光学性质逐时变化的静止海洋水色卫星遥感探测研究
本文以黄河口海域浑浊水体为重点研究区域，利用丰水期(调水调沙期间)和枯水期(含大风过程)时间序列观测数据，开展了水色组分浓度和水体光学性质逐时变化特征与驱动机制研究；利用大气辐射传输理论，研究了大气光学性质以及观测几何等的变化对静止海洋卫星水色遥感探测的影响；利用世界首颗静止轨道海洋水色卫星数据，开展了浑浊水体光学性质以及水色组分浓度的逐时变化监测，分析了风浪以及潮汐等的影响。
基于现场定点连续观测数据的分析研究发现，黄河口海域水体光学性质具有不同程度的逐时变化特征，这种差异性是由径流输入和风浪等驱动机制的不同导致的，具体如下：(1)水体总吸收系数的逐时变化主要集中在蓝、绿光波段，颗粒物吸收是该波段水体总吸收系数的主要来源；(2)颗粒物吸收光谱呈现出独特的e指数衰减趋势，主要原因是非藻类颗粒物吸收在颗粒物吸收中占主导(绝大部分波段可达80％)；(3)非藻类颗粒物吸收系数ad光谱斜率Sd的逐时变化约2.7-3.7％，逐时变幅在0.0011-0.0016之间；ad(440)的逐时变化约56.3-108.5％，逐时变幅为0.9-20.6m-1。非藻类颗粒物吸收与悬浮物浓度具有显著的正相关关系，相关系数大于0.75；(4)黄色物质吸收系数ag光谱斜率Sg的逐时变化约11.8-23.1％，逐时变幅在0.008-0.010 nm-1之间；ag(440)的逐时变化约38.8-67.9％，逐时变幅为0.183-0.633m-1；在径流影响显著的海域，ag(440)与盐度之间存在负相关关系；(5)漫衰减系数Kd(490)逐时变化约10.6-39.5％，逐时变幅为1.66-4.39m-1。漫衰减系数与颗粒物吸收和水体后向散射系数之间具有较高的相关性，而与黄色物质的相关性较差；(6)遥感反射率逐时变化是水体光学性质中最复杂的，其主要的驱动因素是悬浮物浓度。
通过静止海洋卫星水色遥感探测影响因素的研究发现：(1)对于泥沙主导的逐时变化显著的水体，静止海洋卫星接收到的总辐射信号中水体信号所占的百分比在412nm波段小于12％，在660nm和680nm波段高于50％，最高可达80％以上，在745nm和865nm波段在15-80％之间。静止海洋水色卫星逐时观测数据可反映绝大部分的海面光谱逐时变化信息；(2)卫星观测信号随着气溶胶光学厚度的逐时变化线性变化。在干净大气条件下(AOT≤0.1)，仅进行瑞利散射校正得到的Rrs(555)、Rrs(660)和Rrs(680)反演值与实测值的相对误差分别为14％、14％和15％；(3)当太阳天顶角小于50°时，卫星观测信号对太阳天顶角的变化不敏感，除745nm和865nm波段之外的其它波段相对偏差均小于5％，当太阳天顶角大于50°时敏感性显著增加。针对GOCI卫星太阳天顶角实际变化情形(太阳天顶角年变化范围为：13.7°～78.4°)，夏季太阳天顶角较小，由此引起的误差可忽略，冬季太阳天顶角较大，其变化对光学量逐时变化卫星观测的影响需引起重视；(4)当卫星天顶角小于40°时，卫星观测信号对卫星天顶角的变化不敏感，当卫星天顶角大于40°时敏感性显著增加。由于GOCI卫星天顶角实际变化最大不超过5°，所以卫星天顶角对GOCI卫星光学量逐时变化探测的影响较小，745nm和865nm波段引起的相对偏差小于2.1％，其它波段均小于1％。
基于GOCI影像的黄河口海域光学性质和悬浮物浓度逐时变化研究取得以下结论：(1)对于悬浮物主导的浑浊水体，其光谱逐时变化以660nm和680nm波段最为显著；(2)建立了基于单波段和波段比相结合的悬浮物浓度反演模型，采用了555nm、680nm和745nm波段，在4个量级的悬浮物浓度变化范围内模型精度可达30％；(3)Rrs(680)和悬浮物浓度逐时变化的空间分布呈现出近岸高、离岸低的态势，与水体浑浊度的空间分布基本一致；(4)大风过程可导致莱州湾和渤海湾等浅海海域Rrs(680)和悬浮物浓度明显升高，逐时变幅增加，深水海域受其影响相对较弱；(5)通过分析潮汐与悬浮物浓度逐时变化的相互关系，发现两者之间不存在一致的变化规律，可能的原因是弱潮海区潮汐引起的潮流不足以掀起底沙，从而影响悬浮物浓度。
黄河口;水体光学性质;逐时变化;悬浮物浓度;静止海洋水色卫星;辐射传输模型;遥感探测
中国海洋大学
博士
环境科学
倪岳峰;张杰
2012
中文
P731.14;TP79
145
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）