海中气泡对近红外波段遥感反射比的影响.pdf

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1、第33卷第6期2014年12月海洋技术学报JOURNALOFOCEANTECHNOLOGYV01．33．No．6DeC，2014海中气泡对近红外波段遥感反射比的影响杨倩1，杜立彬1，张浩1，吴承璇1，王秀芬1，施英妮2(1．山东省科学院海洋仪器仪表研究所，山东青岛266001；2．北京5111信箱，北京100094)摘要：海中气泡在上层海洋无处不在．风浪破碎是其主要成因。它们对光的后向散射具有较强的作用。基于Mie散射理论和遥感反射比模型．计算了不同浓度海中气泡对近红外波段遥感反射比的贡献，及其对气泡浓度Ⅳ0和叶绿素a浓度[chl—a1的响应。海

2、中气泡考虑了清洁气泡和附着有机物膜气泡两种情况。计算结果表明．大多数情况下海中气泡引起的近红外波段遥感反射比相对变化较大，最大可达30多倍(No=107m。3，[chl—a1-o．05mg／m3、附着有机物膜气泡的情况)。而且，气泡浓度越大、叶绿素a浓度越低，海中气泡对近红外波段遥感反射比R。(NIR)的影响越大。仅当No=105m。3时清洁气泡对近红外波段遥感反射比的贡献可忽略不计。因此。当海中气泡存在时，基于暗像素假设(即假设近红外波段反射比为0)的海色遥感大气校正算法需要修正海中气泡的影响。关键词：海中气泡；遥感反射比；近红外波段；叶绿素a

3、浓度中图分类号：P733．3文献标志码：A文章编号：1003—2029(2014)06—0007—06遥感反射比尺。定义为恰好水面上的离水辐亮度与向下辐照度之比，它与海水各组分对光的吸收和散射特性密切相关，因此，遥感反射比是从海色遥感数据获取海水组分信息的重要参数。当前海洋光学和海色遥感研究考虑的海水组分通常包括纯海水、浮游植物、有色可溶有机物、悬浮颗粒物等。理论计算和实验研究均表明，海中气泡具有较强的后向散射特性【1．3】，进而影响可见光和近红外波段的遥感反射比㈣。然而，在迄今为止的海色遥感业务化算法和产品中未考虑海中气泡这一重要的光学散射组分

4、。海色传感器接收到的总光谱辐射最多有15％的信号是来自水体的贡献，其他近85％的信号来自大气散射和海面反射。因此，准确的大气校正是获得遥感反射比的前提。海色卫星的业务化大气校正算法大都基于“暗像素”假设，即假设近红外波段的海水反射比为0。然而，基于大气一海洋辐射传递数值模拟的研究表明：海中气泡对近红外波段反射比的影响导致“暗像素”假设失效[61。Zhangeta1．圈测量了3种不同光学类型海水中的船尾迹气泡区的海面向上光谱辐射，气泡会增大近红外波段的遥感反射比。本文基于Mie散射理论和遥感反射比模型，计算了不同浓度的清洁气泡和附着有机物膜气泡对近

5、红外波段遥感反射比的贡献，分析不同叶绿素a浓度的背景海水中，海中气泡对遥感反射比的贡献对叶绿素a浓度的响应。1遥感反射比模型根据Gordonetal同和MorelandGentilits]，海表层下表面遥感反射比k(定义为海表层下表面向上辐亮度￡。(o一)与向下辐照度E和一)之比)可以表示为固收稿日期：2014—06—11基金项目：国家自然科学基金资助项目(41206165)；山东省科学院科学技术发展计划资助项目(科基合字(2012)第33号)；山东省科技发展计划资助项目(2012GHYll519)；青岛市基础研究计划资助项目(12—1—4—10

6、一(2)-jch)作者简介：杨倩(1980一)，女，博士，副研究员，主要研究方向为海洋光学、卫星海洋遥感。E-mail：qian．yangC幽ymail．tom8海洋技术学报第33卷有光学参数的函数：ro=(go+g,u岛)u(1)式中：踟gl，＆是光谱常数，取值分别为0．0949，0．0794和l。／．L的表达式如下：u=b所矾66)(2)式中：口和b。分别为海水总吸收系数和总后向散射系数。在本文的模拟计算中，总吸收系数来自3种组分的贡献：纯海水(曲叫】、浮游植物瓴勘和有色可溶有机物CDOM(ag)。海中气泡吸收系数忽略不计【l】。总后向散射系

7、数包括：纯海水的后向散射系数6hPll】、海中颗粒物的后向散射系数6扒海中气泡的后向散射系数b必。浮游植物吸收系数可以表示为叶绿素a浓度[chl—a](mg／m3)的函数：‰产0．06aphr*[chl—a严(3)式中：哗矿(m2mg-1)为浮游植物的单位吸收系数B2]。在模拟计算中，[chl—a]的值设为0．05mg／m3，0．5mg／m3，5mg／m3．CDOM吸收系数表示为：铲卅0exp[一0．014(A-440)](4)式中：蝉0为CDOM在参考波段440nm的吸收系数，取值0．012。在清洁大洋水，海中颗粒物的后向散射系数亦可表示为[c

8、hl—a1的函数：bbp=B[chl—a1062(550／A1(5)式中：8是经验常数，在模拟计算中设为0．3【131。海中气泡的后向散