叶绿素浓度垂直不均一分布对于分层水体表观光学特性的影响
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２ ．Ｎｏ ｔ ｅ ｎ Ｇｕ ｆＩ ｓ ｉｕ ｅ ｒ ｈ ｒ ｌ ｎ ｔｔ ｔ ，Ｍ ｉｓｓ ｉ ｐ ｔ ｔ ｓ ｉｓ ｐ ｉＳ ａ ｅ Ｕｎｉｅ ｓｔ ｖ ｒ ｉｙ，Ｍ Ｓ ３ ５ ９，ＵＳＡ ９ ２
１０ ７ ０８５
摘
要 以往大部分海洋光学和海色研究都是以海洋光学有效成分及 固有 光学 特性 垂直均一分布的假设为
为了全 面分析垂直不均一分布的效应 ，使用类似的辐 射 传输模型 ， 进一步研究叶绿素浓度垂直不均一分布对表观光 学特性的影响 ， 这里表观光学特性不仅包括遥感反射率 Ｒ ｓ ｒ，
还 有 漫衰 减 系数 Ｋｄ 及 上 下 行 辐 射 的 平 均 余 弦 （ ） ／ 以 和１
（） 。 等
进 而 提 出 了用 渗 透 深 度 以 上 叶 绿 素 浓 度 的 权 重 平 均 值
作为连续分层水体的等效 叶绿素浓度 ， 出在连续分层水体 提
的遥感研 究中， 反演得到的叶绿素浓度应 当 与作者提 出的权
较为准确 的辐射 分 布和表 观光学 特性 。与蒙 特卡 罗模拟相
比 ， ｄｏｉ ｔ Ｈｙｒｌ ｈ 的输 出结 果 没 有 统 计 噪 声 ，可 以模 拟 诸 如 风 ｇ
一
廓线情况下模拟 的表观光学特性值与具有本底值 的均一廓线情况所模拟的相应值进行 了比较 。 结果表 明， 『 ｌ 水体 中辐射的方 向分布 ， 在叶绿素浓 度最大值处 ，下行辐射 漫衰减系数和平均余 弦廓线分别 出现峰值 和
水表面以下的叶绿 素浓度最大值增加 了蓝光波段 的遥感 反射率 ，减小 了绿光波段 的遥感 反射率 ，而且 改变
重平均值进行 比较 ， 并 建议其后 的场地试验也应 当将此权
重平均值列为测量参数。
收 稿 日期 ：２０ —１２ ． 订 日期 ：２ ０—４１ ０ ９０—５ 修 ０ ９０ —７
吹表面，水体组分垂直分布模式 ，固有光学特性光谱依赖 等
复杂条件下表观光学特性的变化ｌ 。 ７ 一
基金项目：国家 自然科学基金项 目（０ ７ １ ９ 和国家重点基础研究发展计划项 目（０ ７ Ｂ １ ４７ 资助 ４７１４） ２ ０ Ｃ ７４ ０ ） 作者简 介： 席 颖 ，１８ ９ １年生，北京师范大学地理学与遥感科学学院博士研究生
叶 绿 素 浓 度 垂 直 不 均 一 分 布 对 于 分 层 水 体 表 观 光 学 特 性 的 影 响
席 颖 ，杜 克 平卜 ，张 丽华 Ｚ ｏ ｇ ｉｇＬ ｅ，李 小 文 ， ｈ ｎ ｐｎ ｅ。
１ 京 师 范 大学 地 理 学与 遥 感 科学 学 院 ， 感 科 学 重 点实 验 室 ， 境 遥 感 与数 字 城 市北 京 市 重 点 实验 室 ， 京 ．北 遥 环 北
第３ 卷 ， ２ ０ 第 期
２０１０年 ２月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａ ｙ ｉ
Ｖ １３ ， ． ，ｐ ８ —９ ｏ ． ０ Ｎｏ ２ ｐ ４ ９ ４ ４ Ｆ ｂ ｕ ｒ ，２ １ ｅ ｒａ ｙ ０ ０
基础 进 行 的 ， 而 海 洋 观测 表 明 海 水 成分 的垂 直 不 均 一 性 大 量 存 在 。文 章 通 过 Ｈｙ ｒｌ ｈ 辐 射 传 输 模 拟研 然 ｄｏｉ ｔ ｇ
究 了叶绿素浓度垂直不均～分布对海水表观光学特性 的影 响。叶绿素浓度垂直不 均一分布 由高斯模 型来 近 似模拟 ， 选择成熟的一类水体生物光学模型 ， 利用 Ｈｙ ｒｌ ｈ 辐射传输代码模拟表观光学特性 ， ｄｏｉ ｔ ｇ 将垂直不均
定 义 了光 在 水体 中的 渗 透深 度 ，即水 体 表 层 至 水 体 中某 一 深 度 贡 献 ＿水 表面 ９ 的离 水 辐 射 ， ｒ Ｏ 这一 深 度 为光 的 渗 透深 度
。
Ｈｙ ｒｌ ｈ 辐射 传 输 代 码 已经 被 海 洋 光学 和海 色遥 感 的 ｄｏｉ ｔ ｇ 研究 人员 所 广 泛 使 用 ， 经过 不断 的完 善 和 验 证 ， 够 得 到 并 能
分 析 性模 型研 究 了叶 绿 素浓 度 垂 直 不 均一 分 布 对 遥感 反 射 率 和 渗 透 深度 的影 响 。 究 表 明 ， 直 均 一 分 布 和 垂 直 不 均 一 研 垂
分布所产 生 的遥感 反 射 率 Ｒ 差 异 在大 多 数 情 况下 大 于
５ ，在极 端 情 况 下 ， 异 可 以超 过 ７ 。 差 Ｏ
谷值 。
关键词 叶绿素浓度垂直不均一分布 ； 遥感反射率 ； 漫衰减系数 ；平均余 弦
中 图分 类 号 ： Ｐ ２ Ｔ ７１ 文献 标 识 码 ： Ａ ＤBaidu Nhomakorabea：１． ９ ４ｊｉ ｎ １０ —５３ ２ １ ）２０ ８ —６ ＯＩ ０３ ６／．ｓ ． ０ ００ ９ （０ ０ ０—４ ９０ ｓ
层 中哪 一 深 度 ，或哪 些 深 度 的 平 均值 。 Ｇ ｒｏ ｏｄ ｎ的一 系 列研 究 Ｅ４ 对 如 何 理 解 垂 直 不 均 一 水 体 ２］ 针
１ 叶绿素浓度垂直不均一假设下 的辐射传输 模 拟
１ １ Ｈ ｄｏｉ ｔ 射传 输 模 型 ． ｙ ｒｌ ｈ 辐 ｇ
遥感的意义等方面进行了探索 。首先 ， ｏｄ ｎ从遥感 的角度 Ｇ ｒｏ
Ｓｒｍｓａ 和 Ｘｕ等［ 分 别利用 辐射传 输模 型和 半 ｔ ｋ 等ｆ ａ ｉ ］
引 言
海洋在全球气候和生态系统 中起着重要的作用 ， 现代 在 海洋学中 ， 利用遥感数据监测海洋环境吸引 了越来越多 的关
注 。以前 海 洋 光学 和 海 色 遥 感方 面 的研 究 大 多 基 于 海 水 固有
光学特性和光学有效组分垂直分布均一这一假设展开 的。 然 而， 这一假设并不总是成立 ， 部分海洋观测表 明垂直不均一 性 在 上 层 水 体大 量 存 在 ［ 。这种 垂 直 分 布 不 均 一 性 给 理 解 海 １ ］ 色遥感提取水体光学特性 的真正意义提出了一定挑战 ，即由 遥感反射率反演得到的水体有效成分和光学特性代表了透光
１０ ７ ０８５
摘
要 以往大部分海洋光学和海色研究都是以海洋光学有效成分及 固有 光学 特性 垂直均一分布的假设为
为了全 面分析垂直不均一分布的效应 ，使用类似的辐 射 传输模型 ， 进一步研究叶绿素浓度垂直不均一分布对表观光 学特性的影响 ， 这里表观光学特性不仅包括遥感反射率 Ｒ ｓ ｒ，
还 有 漫衰 减 系数 Ｋｄ 及 上 下 行 辐 射 的 平 均 余 弦 （ ） ／ 以 和１
（） 。 等
进 而 提 出 了用 渗 透 深 度 以 上 叶 绿 素 浓 度 的 权 重 平 均 值
作为连续分层水体的等效 叶绿素浓度 ， 出在连续分层水体 提
的遥感研 究中， 反演得到的叶绿素浓度应 当 与作者提 出的权
较为准确 的辐射 分 布和表 观光学 特性 。与蒙 特卡 罗模拟相
比 ， ｄｏｉ ｔ Ｈｙｒｌ ｈ 的输 出结 果 没 有 统 计 噪 声 ，可 以模 拟 诸 如 风 ｇ
一
廓线情况下模拟 的表观光学特性值与具有本底值 的均一廓线情况所模拟的相应值进行 了比较 。 结果表 明， 『 ｌ 水体 中辐射的方 向分布 ， 在叶绿素浓 度最大值处 ，下行辐射 漫衰减系数和平均余 弦廓线分别 出现峰值 和
水表面以下的叶绿 素浓度最大值增加 了蓝光波段 的遥感 反射率 ，减小 了绿光波段 的遥感 反射率 ，而且 改变
重平均值进行 比较 ， 并 建议其后 的场地试验也应 当将此权
重平均值列为测量参数。
收 稿 日期 ：２０ —１２ ． 订 日期 ：２ ０—４１ ０ ９０—５ 修 ０ ９０ —７
吹表面，水体组分垂直分布模式 ，固有光学特性光谱依赖 等
复杂条件下表观光学特性的变化ｌ 。 ７ 一
基金项目：国家 自然科学基金项 目（０ ７ １ ９ 和国家重点基础研究发展计划项 目（０ ７ Ｂ １ ４７ 资助 ４７１４） ２ ０ Ｃ ７４ ０ ） 作者简 介： 席 颖 ，１８ ９ １年生，北京师范大学地理学与遥感科学学院博士研究生
叶 绿 素 浓 度 垂 直 不 均 一 分 布 对 于 分 层 水 体 表 观 光 学 特 性 的 影 响
席 颖 ，杜 克 平卜 ，张 丽华 Ｚ ｏ ｇ ｉｇＬ ｅ，李 小 文 ， ｈ ｎ ｐｎ ｅ。
１ 京 师 范 大学 地 理 学与 遥 感 科学 学 院 ， 感 科 学 重 点实 验 室 ， 境 遥 感 与数 字 城 市北 京 市 重 点 实验 室 ， 京 ．北 遥 环 北
第３ 卷 ， ２ ０ 第 期
２０１０年 ２月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
Ｓ ｅ ｔｏ ｃ ｐ ｎ ｐ ｃ ｒ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｐ ｃ ｒ ｓ ｏ ｙ ａ ｄ Ｓ ｅ ｔａ ａ ｙ ｉ
Ｖ １３ ， ． ，ｐ ８ —９ ｏ ． ０ Ｎｏ ２ ｐ ４ ９ ４ ４ Ｆ ｂ ｕ ｒ ，２ １ ｅ ｒａ ｙ ０ ０
基础 进 行 的 ， 而 海 洋 观测 表 明 海 水 成分 的垂 直 不 均 一 性 大 量 存 在 。文 章 通 过 Ｈｙ ｒｌ ｈ 辐 射 传 输 模 拟研 然 ｄｏｉ ｔ ｇ
究 了叶绿素浓度垂直不均～分布对海水表观光学特性 的影 响。叶绿素浓度垂直不 均一分布 由高斯模 型来 近 似模拟 ， 选择成熟的一类水体生物光学模型 ， 利用 Ｈｙ ｒｌ ｈ 辐射传输代码模拟表观光学特性 ， ｄｏｉ ｔ ｇ 将垂直不均
定 义 了光 在 水体 中的 渗 透深 度 ，即水 体 表 层 至 水 体 中某 一 深 度 贡 献 ＿水 表面 ９ 的离 水 辐 射 ， ｒ Ｏ 这一 深 度 为光 的 渗 透深 度
。
Ｈｙ ｒｌ ｈ 辐射 传 输 代 码 已经 被 海 洋 光学 和海 色遥 感 的 ｄｏｉ ｔ ｇ 研究 人员 所 广 泛 使 用 ， 经过 不断 的完 善 和 验 证 ， 够 得 到 并 能
分 析 性模 型研 究 了叶 绿 素浓 度 垂 直 不 均一 分 布 对 遥感 反 射 率 和 渗 透 深度 的影 响 。 究 表 明 ， 直 均 一 分 布 和 垂 直 不 均 一 研 垂
分布所产 生 的遥感 反 射 率 Ｒ 差 异 在大 多 数 情 况下 大 于
５ ，在极 端 情 况 下 ， 异 可 以超 过 ７ 。 差 Ｏ
谷值 。
关键词 叶绿素浓度垂直不均一分布 ； 遥感反射率 ； 漫衰减系数 ；平均余 弦
中 图分 类 号 ： Ｐ ２ Ｔ ７１ 文献 标 识 码 ： Ａ ＤBaidu Nhomakorabea：１． ９ ４ｊｉ ｎ １０ —５３ ２ １ ）２０ ８ —６ ＯＩ ０３ ６／．ｓ ． ０ ００ ９ （０ ０ ０—４ ９０ ｓ
层 中哪 一 深 度 ，或哪 些 深 度 的 平 均值 。 Ｇ ｒｏ ｏｄ ｎ的一 系 列研 究 Ｅ４ 对 如 何 理 解 垂 直 不 均 一 水 体 ２］ 针
１ 叶绿素浓度垂直不均一假设下 的辐射传输 模 拟
１ １ Ｈ ｄｏｉ ｔ 射传 输 模 型 ． ｙ ｒｌ ｈ 辐 ｇ
遥感的意义等方面进行了探索 。首先 ， ｏｄ ｎ从遥感 的角度 Ｇ ｒｏ
Ｓｒｍｓａ 和 Ｘｕ等［ 分 别利用 辐射传 输模 型和 半 ｔ ｋ 等ｆ ａ ｉ ］
引 言
海洋在全球气候和生态系统 中起着重要的作用 ， 现代 在 海洋学中 ， 利用遥感数据监测海洋环境吸引 了越来越多 的关
注 。以前 海 洋 光学 和 海 色 遥 感方 面 的研 究 大 多 基 于 海 水 固有
光学特性和光学有效组分垂直分布均一这一假设展开 的。 然 而， 这一假设并不总是成立 ， 部分海洋观测表 明垂直不均一 性 在 上 层 水 体大 量 存 在 ［ 。这种 垂 直 分 布 不 均 一 性 给 理 解 海 １ ］ 色遥感提取水体光学特性 的真正意义提出了一定挑战 ，即由 遥感反射率反演得到的水体有效成分和光学特性代表了透光