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《基于贝叶斯反演理论的海水固有光学特性准分析算法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第51卷第2期2006年1月论文基于贝叶斯反演理论的海水固有光学特性准分析算法詹海刚施平陈楚群(中国科学院南海海洋研究所,LED实验室,广州510301.E-mail:Hgzhan@scsio.ac.cn)摘要近年来新发展起来的多波段准分析算法(QAA)是一种有广泛应用前景的海水固有光学特性反演算法.与传统的半分析算法不同,QAA无需叶绿素吸收光谱模型的先验参数化,但算法包含的若干经验公式影响了其普适性和抗扰能力.本文利用贝叶斯反演理论改进QAA.新算法以QAA的估算结果作为先验知识,结合一个分别考虑水分子与悬浮颗粒后向散射作用的前向光学模型、Akaik
2、e贝叶斯信息准则(ABIC)和遗传算法,提取参考波段的总吸收与总后向散射系数,然后利用后向散射系数光谱形状的经验公式将估算结果推广至其他波段.以国际海洋水色协调组(IOCCG)的模拟数据作反演试验,结果显示,使用QAA-555、QAA-640与QAA混合算法的反演结果作为先验估计,新算法对440nm的总吸收−1−1与总后向散射系数的反演值与真值的均方根差(RMSE)分别为0.367与0.023m,0.092与0.005m,−1−1−10.096与0.005m,较之三种QAA算法先验估计的0.918与0.039m,0.205与0.007m,0.207与0.
3、007−1m有一定的降低,特别是对高叶绿素样本的反演精度有较大的提高;敏感性分析结果表明,新算法的抗扰能力优于QAA算法.关键词海洋水色遥感固有光学特性贝叶斯反演根据辐射传输理论,海洋水色遥感反演可分为和bb(λ0)分解为各水体成分的吸收与后向散射系数两个步骤,即先从遥感观测的AOPs(Apparentoptical之和,通过对各水体成分吸收光谱模型的先验参数properties,表观光学特性)反演IOPs(Inherentoptical化,增加方程数量,从而将欠定问题转化为适定properties,固有光学特性),然后从所得的IOPs提取(Even-d
4、etermined)或超定(Over-determined)问题,利[4,5][6,7]海水叶绿素、溶解有机物及悬浮泥沙等水体成分浓度用线性矩阵(Linearmatrix)或优化方法求解.[1].前者因为AOPs与IOPs的关系稳定,因而较易实由于水体成分吸收光谱的参数化假定具有主观性与现,精度相对也较高;后者由于水体成分与IOPs的关不确定性,这些方法的适用性与精度不可避免地会系尚有诸多不确定与未知之处,因而较难实现,精度受到影响.为克服这个缺点,Lee等提出一种多波段较低.传统的海洋水色遥感反演往往并不借助IOPsQAA算法(Quasi-analyt
5、icalalgorithm,准分析算法)[2,8]作为中间变量,而是直接从AOPs反演水体成分,如.这种算法无需事先假定海水叶绿素的吸收光谱提取海水叶绿素浓度的蓝绿波段比值法.这种单步形状,而是利用经验公式求出某一参考波段的总吸反演只适用于光学特性与叶绿素浓度胁变的一类水收系数,然后借助后向散射系数光谱模型的另一个体,用于光学特性变动很大的二类水体时会产生很经验公式,计算其他波段的总吸收与总后向散射系[2]数,进而估算叶绿素与黄色物质等水体成分的吸收大的误差.近年来,海洋水色遥感界有一个新的建议,即以IOPs作为海洋水色遥感反演的对象,而将从光谱.QAA
6、分别以555nm(QAA-555)和640IOPs提取水体成分的任务交由地区性和季节性算法nm(QAA-640)作为一类水体和二类水体的参考波段,求解,这有助于建立一个包括二类水体在内的统一并组合其结果(QAA-blending)以应用于所有水体.的海洋水色遥感反演的策略与方法框架[3].QAA利用经验关系式估算参考波段的总吸收系数等AOPs与IOPs的关系可表示为特征量,这些经验关系式缺乏普适性,实际应用时容rrs(λ)=f[a(λ),bb(λ)],(1)易导致较大的反演误差;此外,这些经验关系式对观式中rrs(λ)为水下遥感反射率(或离水辐亮度等其他
7、测数据的误差比较敏感,从而降低算法的抗扰能力.AOPs),a(λ)、bb(λ)为总吸收与总后向散射系数.对某本文利用贝叶斯反演理论改进QAA算法,通过一特定波段λ0,从rrs(λ0)反演a(λ0)与bb(λ0)是个欠前向光学模型对QAA反演结果的约束和修正,提高定(Underdetermined)问题.已有的反演方法将a(λ0)其反演精度与抗扰能力.贝叶斯反演理论提供了将204www.scichina.com论文第51卷第2期2006年1月先验知识注入反演过程的一般性框架,特别适合于ABIC(dN22)=−ln⎡⎤S(Xˆ)ln()dV−1⎣⎦M处理无定
8、解反演问题,在陆面与大气遥感中已得到[9~12]ln−+VJ−−1TlnˆˆV1
