(λ)--遥感反射率.pptx

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第五讲海洋水色遥感水色遥感和辐射计水色遥感简介大气校正水色遥感的科学术语海洋水色的生物光学算法二类水体的水色反演算法水色遥感展望卫星和传感器初级生产力水体类型黄色物质浮游植物色素水色遥感简介卫星和传感器一、水色和海色所谓水色（watercolor）或海色（oceancolor）是太阳光经水体或海水散射后，可见光和近红外辐射计监测到的散射光的颜色。

中文“水色”既可以代表水体的颜色，又可以代表海洋的颜色。

2.水色三要素浮游植物的叶绿素（chlorophyll）无机的悬浮物（inorganicsuspendedmatter）有机的黄色物质（yellowsubstance或gelbstoff）水色三要素的种类和浓度决定了水体的颜色。

可见光和近红外辐射计在海洋监测中的主要作用是承担水色遥感的任务，水色遥感的主要目的是监测海水中浮游植物的叶绿素浓度、无机的悬浮物浓度和有机的黄色物质浓度。

因为无机的和有机的悬浮物不易于通过光学方法分辨，人们常使用总悬浮物浓度代表二者浓度之和。

3.承担水色遥感的卫星传感器1997年发射的“海星”SeaStar-8波段的“宽视场海洋观测传感器”SeaWiFS美国宇航局于1999年发射的“地球观测系统AM”（EOS-AM/TERRA）-36波段的中等分辨率成像光谱仪（MODIS）美国宇航局于2002年发射的“地球观测系统PM”（EOS-PM/AQUA）卫星-36波段的中等分辨率成像光谱仪（MODIS）1996-1997年运行的日本“高级地球观测卫星”-“海洋水色和温度传感器”（OCTS）3.承担水色遥感的卫星传感器（续）1978-1986年运行的美国“雨云-7”（Nimbus-7）卫星-“沿岸带水色扫描仪”（CZCS）德国于1996年分别搭载在俄罗斯和印度的太空平台上的模块化电眼扫描仪（MOS）欧空局于2002年发射的ENVISAT-1上装载的中等分辨率成像光谱辐射计（MERIS）等。

中国2002年发射的HY-1A上装载的海洋水色扫描仪（COCOTS）4.SeaWiFS的业务管理部门提供给用户13种资料产品1）叶绿素-a浓度（单位是mg/m3）2）在波长490nm的漫衰减系数（单位是m-1）3）悬浮物浓度4）气溶胶指数5）在波长865nm的气溶胶光学厚度6）云覆盖度7）海面荧光8）溶解的有机物碎屑的吸收系数9）颗石藻份额:

）毛状藻份额;）粒子后向散射系数光合有效辐射=）归一化差值陆地植被指数卫星和传感器初级生产力水体类型黄色物质浮游植物色素水色遥感简介初级生产力1.初级生产力定义：

表示单位面积（平方米）的海面在单位时间（天）内浮游植物中碳元素的增长量（毫克）；单位：

mgm-2d-1意义：

初级生产力描述在单位海面面积里浮游植物通过光合作用固定碳的净速率。

测定：

测定初级生产力的值，需要培养水样，并利用碳的放射性同位素摄取技术。

2.碳同化率（carbonassimilationrate）一个与海洋初级生产力密切关联的物理量是碳同化率.碳同化率描述单位浮游植物（由碳含量来量度）通过光合作用固定碳的净速率。

碳同化率的单位是mgmg-1h-1，其中：

第一个mg指增长的浮游植物量，第二个mg指原有的浮游植物量。

表示单位浮游植物（毫克）在单位时间（小时）内浮游植物中碳元素的增长量（毫克）。

卫星和传感器初级生产力水体类型黄色物质浮游植物色素水色遥感简介水体类型我们根据决定对海水光学特征起主要作用的成分，对海水进行了光学分类。

如果浮游植物及其“伴生”腐殖质对水体的光学特性起主要作用，则该水体被称为第一类水体（CaseIwaters）。

如果无机悬浮物（如浅水区海底沉积物的再次悬浮物和河流带来的泥沙）或黄色物质（又称溶解的有色有机物）对水体的光学特性有不可忽视的明显作用，则该水体被称为第二类水体（CaseIIwaters）。

大多数开阔海域的海水接近于第一类水体。

第二类水体位于与人类关系最密切、受人类活动影响最强烈的近岸、河口等海域。

总悬浮物（totalsuspendedmatter）、叶绿素和黄色物质是影响海洋水色的三要素。

卫星和传感器初级生产力水体类型黄色物质浮游植物色素水色遥感简介定义：

CDOM：

是DOM中的主要成分，它能吸收蓝色的光而散射黄色的光，从而使水呈浅黄色，故被人们通俗地称为黄色物质（yellowsubstance或gelbstoff）。

意义：

黄色物质在影响海水的光学性质方面起重要作用，在全球碳循环中也扮演重要的角色。

黄色物质1.预备知识DOM:

海水中的溶解有机物POC：

颗粒状有机碳DOC：

溶解的有机碳CDOM：

有色溶解有机物它们之间的关系：

DOM包含POC和DOCCDOM是DOM中的主要成分黄色物质式中：

kab（o）：

在波长0处电磁波的吸收系数0：

某一任选波长常数s：

在0.0110.016之间。

例如，有文献采用0=443nm，s=0.012黄色物质在蓝色波段能强烈地吸收光能。

实验发现，在0.350.70m波段范围内，海水中黄色物质引起的吸收系数可表示如下卫星和传感器初级生产力水体类型黄色物质浮游植物色素水色遥感简介浮游植物色素1.定义在沿岸带水色扫描仪（CZCS）的产品中，叶绿素-a浓度和褐色素浓度之和被称为海水中的色素浓度，并用C表示。

其中：

叶绿素-a浓度（chlorophyll-aconcentration）褐色素浓度（phaeopigmentconcentration）2.分类主要的浮游植物色素有1）叶绿素-a、b和c（Cabc：

Chlorophyllsa,b,c）；2）光合的类胡萝卜素（PSC：

PhotoSyntheticCarotenoids）；3）抑光的类胡萝卜素（PPC：

PhotoProtectantCarotenoids）。

4）次要的浮游植物色素有5）6）7）1）藻胆素（phycobilinpigment）2）藻红色素（phycoerythrinpigment）3）藻青色素（phycocyaninpigment）测量叶绿素浓度有三种基本方法：

高性能液相色谱仪测量法紫外可见光分光光度计测量法活性荧光法3.测量叶绿素浓度的基本方法紫外可见光分光光度计（Ultraviolet/VisibleSpectrophotometer）能够根据浮游植物的丙酮萃取液在某些波段衰减系数的测量来确定叶绿素-a的浓度。

使用带积分球的紫外可见光分光光度计还能够测定叶绿素-a和b、黄色物质和悬浮泥沙等海洋水色三要素的浓度。

因为叶绿素-a受到蓝光（450/470nm）激发能产生红色（685/695nm）荧光，利用这个性质可使用荧光光度计/荧光计测量海水中的叶绿素-a的浓度。

高性能液相色谱仪测量法（HighPerformanceLiquidChromatography）可根据样品的光谱特征测定50余种海水色素的浓度，包括叶绿素-a、b、c和胡萝卜素的浓度。

2003年6月使用多传感器水体参数观测仪AAQ1183荧光探头测量的活性叶绿素-a的浓度的垂直剖面图从左到右分别代表渤海海域中的叶绿素垂直分布的四种类型。

调查表明，图示的A和B类型在所有测量站点所占的比例达到86，其中类型占58%类型占28%，它们是渤海海域中的叶绿素垂直分布的主要类型。

活性荧光法在海水中现场测量获得的叶绿素-a数据被称为“活性叶绿素-a浓度”，多传感器水体参数观测仪AAQ1183荧光探头测量的“活性叶绿素-a浓度”以ppb（partsperbillion）为单位。

ppb与我们平常规范的g/L单位不同。

需要将活体叶绿素的测量数据与传统规范的测量方法（例如萃取荧光法）获得的数据进行比较，完成从ppb到mg/m3的单位转换；这种方法是“现场标定法”，“现场标定法”的优点是考虑了海水浑浊度对转化公式的影响。

第二种方法是“实验室标定法”，即采用市场销售的叶绿素-a的晶体配置设定浓度的溶液，通过荧光计探头的测量数据与设定浓度的比较，完成从ppb到mg/m3的单位转换。

“实验室标定法”的优点是获得的转换公式与实验室测量之间的相关较好，缺点是获得的转换公式不一定适用于浑浊海域。

水色遥感和辐射计水色遥感简介大气校正水色遥感的科学术语海洋水色的生物光学算法二类水体的水色反演算法水色遥感展望大气校正和离水辐射大气透射率离水辐射的贡献气溶胶散射的辐亮度MODIS的大气校正方程大气透射率1.水色卫星遥感的大气校正方程式中：

Li（）：

卫星探测的辐亮度（radiance），脚标i代表传感器第i个通道；LR（）：

大气的分子散射的辐亮度，脚标R为Rayleigh，大气分子对所有波段电磁波的散射均属于瑞利散射（Rayleighscatter）；LA（）：

气溶胶散射的辐亮度，脚标A为气溶胶（aerosol）；Lr（）：

表海面的镜面反射（specularreflectance），也称为太阳耀斑（sunsglitter），太阳耀斑应该避免；t（,）：

大气的漫透射率（diffusetransmittance），T（,）是大气的直接透射率（directtransmittance），是传感器第i个通道对应的波长（wavelength）；：

卫星天顶角（satellitezenithangle）；Lw（）：

离水辐亮度（water-leavingradiance）。

离水辐亮度描述被表层海水散射的太阳辐射，不是海水自发辐射，与海水发射率无关。

2.大气漫透射率（diffusetransmittance）大气漫透射率t（,）可由下面公式表示式中：

R（）：

大气分子瑞利散射的光学厚度A（）：

气溶胶散射的光学厚度oz（）：

臭氧吸收的光学厚度A：

气溶胶对太阳辐射的单次散射反照率R：

大气分子对太阳辐射的单次散射反照率fA：

气溶胶向上散射概率fR：

大气分子向上散射概率3.t（,）的化简在漫透射光的条件下，RfR0.5，AfA0。

所以，t（,）可近似地简化为因为镜面反射的光比较强，这种情况下反射光在传播过程中的散射部分就可以忽略，即fA=fR0。

由此大气的直接透射率T（,）可近似地简化为3.t（,）的化简（续）吸收和散射会使辐射损失，而多次散射的累积作用又使辐射增强。

考虑以上两种作用，大气漫透射率t（,）可表达为式中R表示多次瑞利散射的累积作用，A表示多次气溶胶散射的累积作用。

4离水辐射的贡献、将大气瑞利散射与气溶胶散射之和LR（）+LA（）改用粒子散射项Lp（）表达，大气校正方程可改写为5、气溶胶散射的辐亮度大气校正中最主要的任务是对气溶胶散射的辐亮度做出估计。

（1）光场的Q因子是辐照度E（）与辐亮度L（,）之比式中采用辐亮度的积分代替了辐照度。

对于光学上各向同性的介质，计算表明Q=。

5、气溶胶散射的辐亮度（续）

（2）气溶胶散射的辐亮度可表示为式中:

LAero（,）-在大气层顶（位于同温层以上）的卫星传感器接收的气溶胶散射的辐亮度EAero（）-传播到大气层顶的气溶胶散射的辐照度Esc（）-传播到对流层以上同温层以下的气溶胶散射的辐照度Toz（）-在同温层的臭氧吸收引起的漫透射率（3）气溶胶散射的辐照度与气溶胶衰减的辐照度之比等于气溶胶的散射系数与衰减系数之比式中（）-在对流层里被气溶胶向上散射的辐照度Esc0Aero（,）|-单次散射反照率（albedo），它代表气溶胶的散射系数与衰减系数之比Ea（）|AeroaAero-在对流层里被气溶胶衰减的辐照度E（）|，其脚标“a”代表衰减（attenuation）（4）在对流层里被气溶胶衰减的辐照度Ea（）|Aero式中-卫星天顶角（satellitezenithangle）-对流层里的气溶胶的光学厚度AEs（）-传播到对流层以上同温层以下的太阳辐照度Es（）exp（-A/cos）-又经对流层里的气溶胶衰减后剩余的太阳辐照度（5）Es（）与达到大气层顶（TOA）的太阳辐照度E0（）的关系