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《机载海洋激光雷达测量叶绿素a浓度_悬移质浓度和浅海深度的性能估计_贺岩》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第34卷第4期中国海洋大学学报34(4):649～6542004年7月PERIODICALOFOCEANUNIVERSITYOFCHINAJuly,2004机载海洋激光雷达测量叶绿素a浓度、悬移X质浓度和浅海深度的性能估计贺岩,吴东(海洋遥感教育部重点实验室;中国海洋大学海洋遥感研究所,山东青岛266003)摘要:以14:00时离水辐亮度作为背景光强度,模拟355nm激光雷达测量不同深度水层叶绿素a荧光的信噪比。分析体积衰减系数c、辐照度衰减系数k、散射系数b和透明度盘深度(SDD)的关系。最后模拟532nm激光雷达测量悬移质浓度的最大测量深度和误
2、判率小于10%时的最大海底探测深度随SDD的变化。关键词:叶绿素a;悬移质;浅海深度;透明度盘深度(SDD)中图法分类号:DV958-98;X834文献标识码:A文章编号:1672-1574(2004)04-649-06机载海洋激光雷达是目前有效的海洋环境监测手段之一,其高准确度、快速灵活的探测特点使其得到越来越多的应用。目前国际上的机载海洋激光雷达主要是在美国、德国、澳大利亚和加拿大。美国最有代表性的机载海洋激光雷达系统是NASA研制的机载水文激光雷达[1-3](AOL),可用于探测浅海深度、叶绿素浓度、油荧光、可溶有机物以及一些海洋光学参数。[
3、4]德国的奥尔登堡大学和德国运输部合作研制出了机载激光荧光仪,测量海表溢油和海水光[5-6]学性质。澳大利亚在军方资助下研制了WRELADS-Ⅰ,Ⅱ,主要用于进行水下目标探测。加拿大的环境技术中心在海洋污染调查飞机上装备了LEAF激光荧光仪,可以在海洋和沿岸的各种环境下对原油和石油产品进行探测和绘制图形。国内上海光学精密机械研究所和华中理[7]工大学分别研制了各自的机载海洋激光测深系统。中国海洋大学海洋遥感研究所从国家七五攻关起致力于海洋激光雷达的研制,迄今为止[8-10]已经研制了多套船载海洋激光雷达,可以测量叶绿素a浓度、悬移质浓度、海水温度和
4、深度,目前正在研制机载海洋激光雷达。本文根据系统的设计需要和中国海域的特点,对于该机载系统的探测能力进行模拟分析。1机载激光雷达系统测量性能模拟本文所模拟的机载海洋激光雷达是具有多通道,能够测量多种海洋环境参数的系统,其中包括叶绿素a浓度、悬移质浓度和浅海深度。本文选择Nd:YAG激光器输出的二倍频532nm和三倍频355nm激光作为激发光源,355nm激光具有较高的荧光激发效率,因此用于叶绿素X基金项目:国家自然科学基金项目(60178017);国家高技术研究发展计划项目(2001AA633080)资助收稿日期:2003-08-20;修订日期:2
5、004-03-18作者简介:贺岩(1977-),男,硕士。E-mail:lidar@mail.ouc.edu.cn650中国海洋大学学报2004年a荧光的探测。532nm激光波长位于海水透射窗口中,有较高的透射率,适合测量悬移质浓度和浅海深度。表1为模拟的系统参数。[11]透明度盘深度SDD和辐照度衰减系数k、体积衰减系数c的关系为:(k+c)SDD=6.62(1)[11]c与SDD的近似关系为:c×SDD=5,代入(1)式可得k与SDD的关系近似为:k×SDD=1.62(2)[12]由于系统的测量视场角足够大,系统衰减系数可以近似为k。表1模拟采
6、用的系数参数Table1ParametersofAirborneLidarsystemusedinthesimulation激光波长Laserwavelength355nm,532nm激光脉冲能量Laserenergyperpulse80mJ(355nm),200mJ(532nm)激光重复频率Laserrepetitionrate10Hz荧光和激光接收光学效率Transmissionefficiencyoffluorescenceandlaser0.2荧光和激光接收带宽Bandwidthoffluorescenceandlaserchannel20
7、nm,0.2nm接收望远镜口径Telescopeaperture0.3m视场角Fieldofview1.2mrad飞机飞行高度Flyingheight300m1.1叶绿素a浓度测量叶绿素a浓度测量原理是以激光作为激发光源,测量激光激发的叶绿素a荧光强度,从而测定叶绿素a浓度。叶绿素a浓度和荧光强度满足激光雷达荧光方[3]程:zPL(1-QL)(1-QF)expAL+AF)H]exp-∫[kL(z)+kF(z)dzANnF(z)RF0DD$PF(z)=2$z4P(z+mH)DF(3)其中$PF:接收的荧光能量;PL:激光脉冲能量;:QL,QF:激光发
8、射和荧光波长的海表反射系数;AF,AF:激光发射和荧光波长的大气衰减系数;kL,kF:激光发射和荧光波长的海水衰减系数;A
