基于半分析算法的赤潮水体固有光学性质反演

和模 型 修正 。
作 ， 演模 型逐 步从 传 统 的经 验 （ 计 回归 ） 型 深 反 统 模 入 到半 分析 模 型 。 半 分 析 模 型是 研 究 水 色 遥 感 反 演算 法 的 热 点 。 Ｉｅ 等口 建立 了由遥感 反射 率 反 演水 体 吸收 系 数 的 ｅ
数 ａ 以及黄色 物质和 碎屑 的 吸收 系数 ａ Ｑ ＡＡ在 反 演总 吸收系数 时并 未 事先 假设 浮 游植 物 吸 收 系数
的３ ５条辐 照度 反射 率光 谱 数据 进行 测试 ， 大部 分 在
海 洋环 境 下 （ 叶绿素 浓度 小 于 ３ｍｇ ｍ。 浮游植 物 吸 ／ ）
算 法的结果 。Ｑ ＡＡ具 体流程见 图 １ 。 ［ １
了一 种 线 性 矩 阵 反 演 算 法 ， 用 ４ ２ ４ ０ ５ ５ ｎ 利 １ ， ９ ， ５ ｍ 三个 波 段 的遥感 反 射 率 和 反 演水 体 固有 光 学 参 数 ， 并应 用 于卫 星 图像 的处 理。 。Ｃ ｒ ｅ 。 ａｄ ｒ等 １给 出 － 了一 种 ＭＯＤ Ｓ半 分 析 算 法 ， 算 法 可 以利 用 遥 感 Ｉ 该 反射 率 反演 固有 光 学 参 量一 浮游 植 物 吸 收 系数 、 一 黄色 物 质 与碎 屑吸 收 系 数 和 颗 粒物 后 向散 射 系数 ， 算法 由代数 部分 和 经 验 部 分 组成 ， 代数 部 分 主要 是 针对 低 吸 收水体 （ 大洋 水 体 ） 而 经 验 部 分 是 针对 高 ，
２ ＱＡＡ
ＱＡ Ａ不仅 可 以反演 总吸收 系数和颗 粒物后 向散
射 系数 的半分 析算 法 ， 利 用 在光 学 迥 异 的海 洋 水 并 体（ 叶绿素 浓度 为 ０ ０ ～２ ． ５ｍｇ ｍ。 中测 量得 到 ． ７ ５ ３ ／ ）
射系数 ， 可以将总 吸收系数 分解为 浮游植 物 吸收 系 还
摘 要 ：在珠 江 口海域 海洋 光 学浮标 实验 期 间获取 了赤潮 生消过 程 的水体 光 学数 据和 相 应 的 生化 数 据 。利 用该 实验 数据 开展 了准分 析 算法 （ ｕ ｓ ａ ａｙｉ ｌ ｌｏｉ ｍ， ｑ ａｉ ｎ ｌｔ ａ ａｇ ｒ ｈ ＱＡＡ） 演 赤 潮水体 固有 光 学 ｃ ｔ 反
植 物 吸收 系数在 ５ ０ ６ ５ｎ 波段 反演 误差 波动 可在 ５ ～ ２ １ 。 ６ ～ ６ ｍ ８ ４
关键 词 ： 赤潮 ； 固有 光学 参数 ； 半分 析 算法 ； 分 析算 法 准
中 图分 类 号 ： ７ ３ ３ Ｐ ３． 文献标志码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ２ ３４ ３ ２ １ ） 卜０ ５ —４ ０ ５ １ （ ０ １ ０ ０ ２１ ９
１ ～１ ， １ ＱＡＡ ６ ０修 正算 法 的反演 精度 在 ４ ２ ６ ０和 ６ ５ｎ 波 段 有 所提 高 ； 于 浮 游 植 物 吸 一４ １ ，２ ６ ｍ 对
收 系数和 黄色 物质 与碎 硝屑 吸 收系数 ， 正算 法 的反 演精 度没 有 明显 改善 。除 ４ ２和 ４ ３ｎ 波段 修 １ ４ ｍ 外 ， 正 的 ＱＡＡ ５ ５均优 于修 正 的 ＱＡＡ ６ ０ ３ 利用 现场 实测 总吸收 系 数数 据 和 ＱＡＡ 反 演 浮 修 ５ 一４ 。（ ）
ＱＡＡ ５ ５ 其 中在 ４ ２和 ４ ３ｎ 波段 尤 为 明显。 （ ） ５ ， １ ４ ｍ ２ 利用 实 测数据 对 ＱＡＡ进 行 了修 正 ： 对于 总 吸 收 系数和颗 粒 物后 向散 射 系数 ， ＡＡ ５ ５修 正 算 法 的反 演精 度 有 不 同程 度 的提 高 ， 差 减 小 了 Ｑ 一５ 误
１ 引 言
赤 潮 已经 成 为 我 国 和世 界 的 一大 海 洋 灾 害 ， 引
一
的要 求 。卫 星 遥感 技 术 具 有快 速 、 同步 、 成像 、 大范
围监测 的优 势 ， 越来 越 成 为 赤 潮监 测 的 重 要手 段 之
，
而赤 潮遥 感 监测 的前 提 是 掌握 赤 潮水 体 的光 学
＊通 信 作 者 ： 廷 伟 ， 研 究 员 。Ｅ ｍａｌ ｃ ｉｎ ｗｅ ｒ ． ｒ．ｎ 崔 副 ｉ ｕｔ ｇ ｉ ｉ ｏｇ ｃ ： ｉ ＠ ｏ
１ 期 郝 艳 玲 等 ： 于 半 分 析 算 法 的 赤 潮 水 体 固有 光 学 性 质 反 演 基
５ ３
关 的算 法 由表 观光 学参 数 可 以实现 固有 光学 参数 的 反 演 。在 固有 光学 性质 反 演方 面 已经开 展 了大量 工
游植 物吸 收 系数 和黄 色 物质 与碎 屑 吸 收 系数 ， 差 均优 于 ２ ； 析 算 法 的误 差 敏感 性发 现 当对 误 ４ 分
总吸 收系 数 引入 ２ 的误 差 时， 色 物质 与 碎 屑 吸 收 系数 反 演误 差 波 动 不 明显 （Ｃ３ ） 而 浮 游 ０ 黄 ＜ ３ ，
固有 光学 性 质 是 由介 质 的特 性 决 定 的 ， 主要 包
起 了各 国政 府及科 学 界 的高度 重视 。如 何预 防赤 潮
灾害， 如何尽 可 能减少 赤潮 灾 害造成 的损 失 ， 已成 为
特 性 ， 立相 应 的遥感 反 演模 型 。 建 括 光谱 吸 收性质 和光 谱散 射性 质 。固有光 学性 质和 入 射光 场等 因素共 同决 定 了 表 观光 学 参 数 ， 用 相 利
ＱＡＡ 是 目前 主流 的半 分 析模 型 ， 有 精 度 高 、 具 运算 速度 快 等特点 ， 合 大批 量 数 据 的 处 理 ］ 适 。近 年来 陆续 开 展 了 ＱＡＡ 在 我 国 近 海 的应 用 研 究 ， 胡 连 波 等口 利 用 现 场 实 测 数 据 初 步 检 验 了 ＱＡＡ 在 黄海 的适 用性 ， 文琦 等 利用 该 算 法 对南 海 和 福 汪 建 沿岸 水 体吸 收 系 数进 行 了反 演 。ＱＡＡ 能 否 适 用 于我 国近岸 的赤 潮 水 体 还 有 待 研 究 ， 文 将 利 用 珠 本 江 口海 域海 洋 光学 浮标 实验 期 间观测 到 的一 次赤 潮 数 据 ， ＱＡＡ 反 演 算 法 进 行 总 吸 收 系数 精 度 检 验 对
（ ．中 国 海 洋 大 学 环 境 科 学 与 工 程 学 院 ， １ 山东 青 岛 ２ ６ ０ ；．国 家 海 洋 局 第 一 海 洋 研 究 所 ， ６ １０ ２ 山东 青 岛 ２ ６ ６ ； ６０ １ ３ ．中 国科 学 院 南 海 海 洋 研 究 所 ， 东 广 州 ５０ ０ ） 广 １ ３ １
一
个 半 分析 模 型 ， 用 墨西 哥 湾 和 蒙 特 利 湾 的 测 量 利
数据 （ 叶绿 素 ａ 度 为 ０ ０ ～５ ／ ） 浓 ． ７ ０ ｍｇ ｍ。 对模 型进 行 了检 验 ， 吸 收 系 数 反 演 误 差 在 ４ ０ ｎ 波 段 为 总 ４ ｍ
ｌ ． （ 一０ ９ ） 在 ４ ８ｎ 波段 为 １ ． （ 。 ３０ ．６ ， ８ ｍ ５ ｒ 一 ４ ０ ９ ） 在 ５ ０ｎｌ 波段 为 １ ． （。 ． ６ 。Ｒ — ．７ ， ５ ／ ｌ ３ ６ ｒ 一０ ９ ） ｏ ｅｌｒ Ｐ ｒｙ２研究 了反 演 海洋 光 学组 分 吸 收 和散 ｓｅ 和 ｅｒ ［
参 数 的精度检 验 和模 型修 正工作 。（ ） 用遥 感反 射率 和 Ｑ １利 ＡＡ 反 演主 要水 色 波 段 （ １ ， ４ ，９ ， ４ ２ ４ ３ ４ ０
５ ０ ５ ０ ６ ０和 ６ ５ｎ 固有光 学 量发 现 ： ４ ０ ６ ｎ 波 段水 体 总 吸 收系 数和 颗 粒 物后 向散 １ ，６ ，２ ６ ｍ） 在 ９ ～６ ５ｎ ｌ 射 系数 的反 演误 差优 于 ２ ， ４ ３ｎ 波 段总 吸收 系数和 颗 粒物 后 向散 射 系数 反演误 差 为 ８ ～ ５ 在 ４ ｍ
辐射 传输 模 拟建 立 了一种 半 分 析 算 法 ， 法利 用 恰 算 在水 面 之下 的辐 照度 反射 比和 平 均垂 直漫 衰减 系数 （ 一光 学深 度之 内） 演 总 吸收 系 数 、 射 系数 和 第 反 散 后 向散射 系数 ， 法 对 总 吸 收 系数 和后 向 散射 系数 算
３ ， ４ ｎ 波 段 总吸 收系数 和颗 粒 物后 向散射 系数 反演 误差 为 ３ ～５ ； ２ 在 １ ｍ ２ ｌ ７ 浮游 植 物 吸 收系 数 和黄 色物 质 与碎屑 吸收 系 数 反 演误 差 分 别 为 ３ ～ １ ７ 和 ５ ～ ８ 。对 比两 种 参 考 波 段 ２ ５ ９ Ｏ （５ ５ ５和 ６ ０ Ｄ 选 取 方 式 发 现 ， ４ ０和 ５ ０ ｎ 外 ， ４ ． ｍ） 除 ９ １ ｍ ＱＡＡ一４ ６ ０在 其 他 波 段 的 反 演 精 度 均 优 于
收 系数 反 演 误 差 小 于 ３ 。 Ｈｏ ｅ和 Ｉ ｏ 研 究 ５ ｇ ｎ ｙ
和黄色物质 和碎屑 吸收系数服从 特定 的模 型关 系 ， 而 是 在反演得 到 总吸 收系 数 之后 进一 步 将其 分解 为 浮 游植 物吸 收系数 和黄 色 物质 和碎 屑 吸 收系 数 两部 分 相 互独立 的算法 ， 仅仅 是在第二 步算法 应用 了第 一步
“ （ ） 一 ａ ）＋ Ａａ ０ ， （ 。 （ ） （） １
式 中 ， ） “ （ 是水 分 子 的吸 收 系数口 Ａ （ ） 溶解 ； ａ 是 物质 和悬浮物 质的吸 收 。随波长增 加 （ ５Ｏｎ ， ＞ ５ ｍ） 溶 解物 质和悬浮 物质吸 收系数变得 非常 小 ， 时水分 子 此 吸收 系数 的贡 献 占绝对 优 势 。如果 已知参 考 波长 ． 处 的遥感 反射 率 ｒ （ ）那 么可 以得到 总吸 收系数 的 ｒ ， 估算值 ， 算误差 是有 限的 。 估 Ｉ ｅ “给 出了参 考 波长 的 两种 选 取方 式 ： 等 ｅ
人 们越来 越 关 注 的 问题 。赤潮 的暴 发 具 有 随 机性 、 突 发性 、 持续 时 间短 等特 点 ， 对监 测工 作提 出更 高 这
收 稿 日期 ： ０ ９ １ ０ 修 订 Ｅ 期 ： ０ ０ １ － ９ ２ ０ １２ ； ｌ ２ １ — １２ 。