南海颗粒物光学特性与遥感算法研究-XG

南海颗粒物光学特性与遥感算法研究

摘要

2011年夏末（8月20日至10月3日），在中国国家科学基金（NSFC）的支持下，在中国南海（SCS）进行了一个海洋观测开放航次，测定了该海域的生物光学和生物地球化学性质。本研究的重点在于由Hydroscat-6后向散射传感器测量的后向散射特性。结果显示：1）所有样品中，在510nm处，粒子承担了总的后向散射系数（b b）的大概50%；而表面样品中，颗粒后向散射只占总值的1/3；2）在珠江口区域，海表面的颗粒后向散射系数（b bp）比其他区域高了2倍，相应的后向散射斜率（γb bp）低了大约50%；3）b b与其斜率(γb b)呈幂函数形式的负相关关系(所有值:r2 = 0.663, N=19704；表面值:r2 = 0.827, N=108)；4）表面b bp（510）与颗粒有机碳（POC）浓度呈良好的正相关关系(r2 = 0.81, N=98)，这一结果可以用于卫星遥感POC的南海局地算法；5）此外，当叶绿素浓度-a[Chla]低于0.1 mg m-3时，b bp基本不再变化。此结果与Behrenfeld等在2005年利用全球遥感数据所得出的结果基本一致。

关键词：南海，光学后向散射，颗粒有机碳，叶绿素a。

Abstract

Bio-optical and biogeochemical properties of South China Sea (SCS) were measured in an open cruise during late summer 2011 (from 20 Aug. to 3 Oct.), supported by National Science Foundation of China (NSFC). The present study focuses on the backscattering characteristics which were measured by Hydroscat-6 backscattering sensor. Results showed that, 1) at 510nm, for all samples, particle was responsible for ~50% total backscattering coefficients (bb); while for the surface samples, particulate backscattering was only 1/3 in total values; 2) the surface particulate backscattering coefficients (bbp) in the Pear River Estuary (PRE) were twice higher than other areas, and the corresponding backscattering slope (γbbp) was lower about 50%; 3) bb were negatively related to its slope (γbb) by a power function (R2 = 0.663, N=19704 for all values and R2 = 0.827, N=108 for surface ones); 4) A good positive relationship between surface bbp(510) and particulate organic carbon (POC) concentration was found (R2 = 0.81, N=98), which is applicable to satellite-based POC estimate in SCS; 5) In addition, a leveling pattern of bbp when [Chla] lower than 0.1 mg m-3 was firstly recorded in situ, as same as the results obtained by Behrenfeld et al. (2005), based on the global remotely-sensed data.

Keywords:South China Sea(SCS), backscattering coefficients(bb), particulate organic carbon (POC), [Chla].

目录

1.引言 (2)

2.材料和方法 (2)

2.1研究区域 (2)

2.2光学后向散射 (3)

2.2.1光学后向散射系数 (3)

2.2.2后向散射系数理论基础 (3)

2.2.3光学后向散射系数的测定与处理 (4)

2.3颗粒有机碳（POC）浓度 (4)

2.3.1 POC (4)

2.3.2 POC浓度的测定方法 (4)

2.3.3 POC误差分析 (5)

2.4 叶绿素浓度-a (5)

2.4.1叶绿素浓度-a介绍 (5)

2.4.2叶绿素浓度-a的测定 (6)

2.5后向散射斜率的推导 (6)

3．结果与讨论 (6)

3.1后向散射光谱 (6)

3.2 珠江口（PRE）的光学后向散射 (7)

3.3后向散射斜率.......................................v (8)

3.4 颗粒有机碳浓度（POC）和后向散射的关系 (10)

3.5叶绿素和后向散射的关系 (11)

4. 结论 (12)

1.引言

自然水域中的光后向散射特性的认识和理解对于海洋水色遥感的应用是非常重要的(Mobley, 1994; Maffione, 1997; Stramski et al., 2004)。卫星遥感是研究大时间尺度和大空间尺度的上层海洋物理动力学及生物地球化学变化的一个极好的工具，同时，传统的观察在相当低的时空分布接近长期欠采样的。光谱后向散射系数bb(λ),在卫星遥感中起着最为重要的作用，因为它正比于海洋水色的一阶近似，换句话说，空间传感器主要探测海洋表层内的自然光学后向散射(Stramski et al., 2004).此外，在与海洋颗粒悬浮物知识相关的海洋科学中，对于b b及其在自然水域中变化的详细了解是至关重要的，在世界各地的各种各样的水域，前人已做了大量后向散射特性的研究(Stramski et al., 1999; Balch et al., 2001; Stramska et al., 2003; Loisel et al., 2006, 2007; Whitmire et al., 2007; Hout et al., 2008; Dall'Olmo et al., 2009; Gordon et al., 2009; Westberry et al., 2010; Antoine et al., 2011)。然而，中国南海（SCS）的后向散射研究仍然很少。

中国南海（SCS）位于中国大陆南方，与东海、太平洋、印度洋相连，北邻中国广东省、台湾省、海南省、广西地区壮族自治区，西邻越南、柬埔寨、泰国、马来西亚、新加坡，是东南亚最大的边缘海，平均水深1212m，最大深度超过5000米，是中国最深的海（孙湘平，2008），是热带西太平洋的一部分。它的气象条件主要受亚洲冬季季风和东印度洋夏季季风期间之间的温度差异的影响。此外，大量进入南海的河水（珠江和一般地表径流）对于海洋条件也产生显著的影响。在南海北部，陆架水包括水体的混合物，主要受由珠江径流携带的大量有机和无机物质的影响。珠江口海域是指受珠江入海口及其径流影响的大片水域，光学性