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赤潮已经成为我国和世界的一大海洋灾害,引起了各国政府及科学界的高度重视。如何预防赤潮灾害,尽可能减少赤潮灾害造成的损失,成为人们越来越关注的问题。赤潮的爆发具有随机性、突发性、持续时间短等特点,这对监测工作提出更高的要求。卫星遥感技术具有快速、同步、成像、大范围监测的优势,越来越成为赤潮监测的重要手段之一。而赤潮遥感监测的前提是掌握赤潮水体的光学特性,并建立相应的遥感反演模型。
在珠江口海域海洋光学浮标实验期间,获取了赤潮爆发过程的水体光学数据和相应的生化数据。利用该数据,本文开展了以下研究工作:(1)分析了赤潮生消过程水体光学性质的时间序列变化,包括水体光谱吸收和后向散射等;(2)利用半分析算法反演赤潮水体固有光学参数,并利用实测数据进行了反演结果的检验与模型修正。
在赤潮生消过程水体固有光学性质的时间序列变化方面,研究发现:(1)赤潮期水体光谱吸收增强,浮游植物色素、非藻类颗粒物以及黄色物质等不同组分对总吸收的贡献变化显著,其中浮游植物的光谱吸收贡献增加约16%,黄色物质的吸收贡献减小约18%,而非藻类颗粒物的吸收贡献变化不大;(2)赤潮发生过程中,单位叶绿素a浓度的浮游植物吸收系数减小,其原因在于赤潮期浮游植物平均粒径增大,打包效应增强;(3)赤潮期水体光谱后向散射增强,颗粒物后向散射系数与叶绿素a浓度的相关性优于悬浮物浓度。
在赤潮水体固有光学参数的半分析遥感反演方面:(1)利用遥感反射率rrs和QAA(Quasi-Analytical Algorithm)算法反演主要水色波段(412 nm,443 nm,490nm、510 nm,560nm,620 nm和665nm)固有光学量发王见,490nm-665nm波段总吸收系数at和颗粒物后向散射系数bbp的反演误差优于25%,443nm波段at和bbp反演误差在8~30%之间,412nm波段at和bbp反演误差在34~57%之间。浮游植物吸收系数aph和黄色物质与碎屑吸收系数adg反演误差分别在30~157%和59~86%之间。对比了两种参考波段(555nm和640nm)选取方式的QAA反演精度发现,除490nm和510nm外,QAA-640算法在其它波段精度均优于QAA-555算法,其中412和443nm波段尤为明显。(2)利用实测数据进行了QAA算法的修正:对于at和bbp,QAA-555修正算法的反演精度有不同程度的提高,误差减小1~11%,QAA-640修正算法的反演精度只在412nm、620nm和665nm波段有所提高;对于aph和adg,修正算法的反演精度没有明显改善。除412nm和443nm波段外,修正的QAA-555均优于修正的QAA-6400(3)利用现场实测的at和QAA算法反演aph和adg,误差均优于24%;进行了算法的误差敏感性分析,当at引入20%的误差时,adg反演误差波动不明显(<21%),而aph在560-665nm波段反演误差波动可达40~226%。