海洋水色遥感-海洋遥感
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反演算法有：经验算法、解析算法。
2020/4/7
5.1 概述
4.海洋水色遥感的几个基本概念
f. 赤潮
海水中的浮游生物过度繁殖或聚焦致使海水变色（ 多 为红色）的一种生态环境恶化的现象。
2020/4/7
5.2 海洋水色遥感机理
1.海洋水色遥感机理的简单描述
海洋水色遥感是基于传感器接收的离水辐射（透射 入水的辐射经过水体反射离开水面的辐射）所进行的。
采用近似法（如对模型进行合理的简化）和数值法（如 采用一些同步的大气数据进行计算）；
利用近红外两个波段的离水辐射度近似为 0来进行校正。
2020/4/7
※.利用水气辐射传输模型反演的主要过程
?? 以SeaWIFS （SeaStar ）对一类水体探测为例， 设置了大气校正通道 7（765nm ） 和8（865nm ）。这二 个波段的离水辐射度近似为 0。
※.大气校正前后的辐射度对水色要素的指示不同
TOA BOA
2020/4/7
5.2 海洋水色遥感机理
2.具体的模型描述
- 水气辐射传输模型
Lt 传感器
太阳
a. 简化模型
Lt ? rLsta ? Lwta ? Lpath
b. a 模型细化 Lt ? Lwts ? rLstd ? Lr ? La
c. 考虑多次散射和白浪引起的散射
2020/4/7
5.1 概述
3.海洋水色遥感中的关键技术
? 大气校正
- 从传感器接收到的信号中消除大气的影响，获 得包含海水组分信息的海面离水辐射度。
? 生物光学算法
- 根据不同海水的光学特性与离水辐射度之间的 关系，估算有关的海洋水色要素。
2020/4/7
5.1 概述
4.海洋水色遥感的几个基本概念
b. 海水的光学特性
海水的光学特性有：表观光学量和固有光学量。 表观光学量由光场和水中的成分而定，包括向下辐照 度、向上辐照度、离水辐亮度、遥感反射率、辐照度比等， 以及这些量的衰减系数。 固有光学量与光场无关，只与水中成分分布及其光学 特性有关，直接反映媒介的散射和吸收特征，如：吸收系 数；散射系数；体积散射函数等。
a. 海洋水体分类
根据Morel 等提出的双向分类法，可分为： - Ⅰ类水体：光学特性主要由浮游植物及其分解物决定； - Ⅱ类水体：光学特性除了与浮游植物及其分解物有关外，
还由悬浮物、黄色物质决定，其水色由水体的各成分以非 线性方式来影响。
2020/4/7
5.1 概述
4.海洋水色遥感的几个基本概念
rLs ? Lsr
Lt ? Lwts ? rLstd ? Lr ? La
? Lwcts ? Lru
Lw
?
(ti
/
n
2 w
)
Lu
Lu
La Lpath
Lr
ta,td ,ts
Lwc Ls
水中物质
ti ,r , nw
海表
Βιβλιοθήκη Baidu
2020/4/7
※.利用水气辐射传输模型反演的主要过程
（1）辐射定标
（2）大气校正
Lt ? Lwts ? rLstd ? Lr ? La ? Lwcts ? Lru
2.与海洋水色遥感有关的应用和研究
? 全球气候变化（包括海洋碳通量研究） ? 海岸带管理与（工程）环境评价 ? 海洋初级生产力与海洋渔业资源的开发、保护 ? 海洋污染环境的监测 ? 海洋动力环境研究 ? 海洋生态系统与混合层物理性质的关系研究
2020/4/7
5.1 概述
2.与海洋水色遥感有关的应用和研究
第8波段气溶胶散射
计算n值
其它波段气溶胶散射
（3）水色要素反演-(生物光学算法、经验公式法）
生物-光学算法已经扩展到了水中其它组分及海水光学性质的研究。
2020/4/7
5.3 生物-光学算法的物理基础
1.离水辐射度
(1) 水面上的下行辐照度 Ed(?,0?)
（2）水面向下的辐照度 Ed(?,0?)
5.1 概述
4.海洋水色遥感的几个基本概念
d. 黄色物质
融解有机物 DOM的光谱吸
收曲线
2020/4/7
5.1 概述
4.海洋水色遥感的几个基本概念
e. 海洋初级生产力
初级生产力表示在单位海洋面积内，浮游植物通过光 合作用固定碳的速率或能力，与平均叶绿素相关，单位为 mg·m -2 ·d -1 。
2020/4/7
5.1 概述
4.海洋水色遥感的几个基本概念
d. 黄色物质 - 在全球碳循环研究中比较重要
海水中的融解有机物 DOM包括颗粒状有机碳 POC和融 解的有机碳 DOC。 海水中的有色融解有机物（ CDOM） 被称为黄色物质。黄色物质在蓝色波段具有强烈的吸收。 一般定义黄色物质浓度为：
2020/4/7
2020/4/7
Ed (?,0? ) ? (1? ?)Ed (?,0? )?rEu(?,0?) ? (1? ? )Ed (?,0? ) ? rREd (?,0? )
海洋遥感
The Oceanic Remote Sensing
2020/4/7
第五章 海洋水色遥感
? 概述 ? 海洋水色遥感机理 ? 生物-光学算法的物理基础 ? 海洋水色要素浓度反演 ? 赤潮现象的遥感监测与反演
2020/4/7
5.1 概述
1.海洋水色遥感传感器
1970年，Clarke 等成功的验证了利用航空光谱遥 感水体表层叶绿素浓度的可行性。
?CZCS（Nimbus-7 ） ?SeaWifs （SeaStar ） ?MODIS（Terra-Aqua ） ? COCTS（HY-1A 、HY-1B ）
2020/4/7
5.1 概述
1.海洋水色遥感传感器
2020/4/7
5.1 概述
1.海洋水色遥感传感器
波段 设置
2020/4/7
5.1 概述
2020/4/7
5.1 概述
4.海洋水色遥感的几个基本概念
c. 海水的色素
叶绿素：反映海洋生产力的变化，最主要的为叶绿素 a， 在蓝光（ 420-500nm ）和红光（ 600-700nm ）波段具有两 个强吸收谷。
荧光：浮游植物吸收的太阳能在某波段上的辐射光， 该值可作为植物健康状况的标志。
色素浓度：叶绿素 a和褐色素浓度之和，常用 C表示。
水中各重要成分浓度变化→水体吸收和散射光学性 质变化→离水辐射度变化→传感器接收信号发生变化。
水色遥感过程：通过大气校正，得到离水辐射，再 根据各成分浓度与离水辐射之间的相关关系，反演得到 各水色要素浓度。
2020/4/7
5.2 海洋水色遥感机理
※.海洋水色遥感的正演与反演
2020/4/7
5.2 海洋水色遥感机理
2020/4/7
5.1 概述
4.海洋水色遥感的几个基本概念
f. 赤潮
海水中的浮游生物过度繁殖或聚焦致使海水变色（ 多 为红色）的一种生态环境恶化的现象。
2020/4/7
5.2 海洋水色遥感机理
1.海洋水色遥感机理的简单描述
海洋水色遥感是基于传感器接收的离水辐射（透射 入水的辐射经过水体反射离开水面的辐射）所进行的。
采用近似法（如对模型进行合理的简化）和数值法（如 采用一些同步的大气数据进行计算）；
利用近红外两个波段的离水辐射度近似为 0来进行校正。
2020/4/7
※.利用水气辐射传输模型反演的主要过程
?? 以SeaWIFS （SeaStar ）对一类水体探测为例， 设置了大气校正通道 7（765nm ） 和8（865nm ）。这二 个波段的离水辐射度近似为 0。
※.大气校正前后的辐射度对水色要素的指示不同
TOA BOA
2020/4/7
5.2 海洋水色遥感机理
2.具体的模型描述
- 水气辐射传输模型
Lt 传感器
太阳
a. 简化模型
Lt ? rLsta ? Lwta ? Lpath
b. a 模型细化 Lt ? Lwts ? rLstd ? Lr ? La
c. 考虑多次散射和白浪引起的散射
2020/4/7
5.1 概述
3.海洋水色遥感中的关键技术
? 大气校正
- 从传感器接收到的信号中消除大气的影响，获 得包含海水组分信息的海面离水辐射度。
? 生物光学算法
- 根据不同海水的光学特性与离水辐射度之间的 关系，估算有关的海洋水色要素。
2020/4/7
5.1 概述
4.海洋水色遥感的几个基本概念
b. 海水的光学特性
海水的光学特性有：表观光学量和固有光学量。 表观光学量由光场和水中的成分而定，包括向下辐照 度、向上辐照度、离水辐亮度、遥感反射率、辐照度比等， 以及这些量的衰减系数。 固有光学量与光场无关，只与水中成分分布及其光学 特性有关，直接反映媒介的散射和吸收特征，如：吸收系 数；散射系数；体积散射函数等。
a. 海洋水体分类
根据Morel 等提出的双向分类法，可分为： - Ⅰ类水体：光学特性主要由浮游植物及其分解物决定； - Ⅱ类水体：光学特性除了与浮游植物及其分解物有关外，
还由悬浮物、黄色物质决定，其水色由水体的各成分以非 线性方式来影响。
2020/4/7
5.1 概述
4.海洋水色遥感的几个基本概念
rLs ? Lsr
Lt ? Lwts ? rLstd ? Lr ? La
? Lwcts ? Lru
Lw
?
(ti
/
n
2 w
)
Lu
Lu
La Lpath
Lr
ta,td ,ts
Lwc Ls
水中物质
ti ,r , nw
海表
Βιβλιοθήκη Baidu
2020/4/7
※.利用水气辐射传输模型反演的主要过程
（1）辐射定标
（2）大气校正
Lt ? Lwts ? rLstd ? Lr ? La ? Lwcts ? Lru
2.与海洋水色遥感有关的应用和研究
? 全球气候变化（包括海洋碳通量研究） ? 海岸带管理与（工程）环境评价 ? 海洋初级生产力与海洋渔业资源的开发、保护 ? 海洋污染环境的监测 ? 海洋动力环境研究 ? 海洋生态系统与混合层物理性质的关系研究
2020/4/7
5.1 概述
2.与海洋水色遥感有关的应用和研究
第8波段气溶胶散射
计算n值
其它波段气溶胶散射
（3）水色要素反演-(生物光学算法、经验公式法）
生物-光学算法已经扩展到了水中其它组分及海水光学性质的研究。
2020/4/7
5.3 生物-光学算法的物理基础
1.离水辐射度
(1) 水面上的下行辐照度 Ed(?,0?)
（2）水面向下的辐照度 Ed(?,0?)
5.1 概述
4.海洋水色遥感的几个基本概念
d. 黄色物质
融解有机物 DOM的光谱吸
收曲线
2020/4/7
5.1 概述
4.海洋水色遥感的几个基本概念
e. 海洋初级生产力
初级生产力表示在单位海洋面积内，浮游植物通过光 合作用固定碳的速率或能力，与平均叶绿素相关，单位为 mg·m -2 ·d -1 。
2020/4/7
5.1 概述
4.海洋水色遥感的几个基本概念
d. 黄色物质 - 在全球碳循环研究中比较重要
海水中的融解有机物 DOM包括颗粒状有机碳 POC和融 解的有机碳 DOC。 海水中的有色融解有机物（ CDOM） 被称为黄色物质。黄色物质在蓝色波段具有强烈的吸收。 一般定义黄色物质浓度为：
2020/4/7
2020/4/7
Ed (?,0? ) ? (1? ?)Ed (?,0? )?rEu(?,0?) ? (1? ? )Ed (?,0? ) ? rREd (?,0? )
海洋遥感
The Oceanic Remote Sensing
2020/4/7
第五章 海洋水色遥感
? 概述 ? 海洋水色遥感机理 ? 生物-光学算法的物理基础 ? 海洋水色要素浓度反演 ? 赤潮现象的遥感监测与反演
2020/4/7
5.1 概述
1.海洋水色遥感传感器
1970年，Clarke 等成功的验证了利用航空光谱遥 感水体表层叶绿素浓度的可行性。
?CZCS（Nimbus-7 ） ?SeaWifs （SeaStar ） ?MODIS（Terra-Aqua ） ? COCTS（HY-1A 、HY-1B ）
2020/4/7
5.1 概述
1.海洋水色遥感传感器
2020/4/7
5.1 概述
1.海洋水色遥感传感器
波段 设置
2020/4/7
5.1 概述
2020/4/7
5.1 概述
4.海洋水色遥感的几个基本概念
c. 海水的色素
叶绿素：反映海洋生产力的变化，最主要的为叶绿素 a， 在蓝光（ 420-500nm ）和红光（ 600-700nm ）波段具有两 个强吸收谷。
荧光：浮游植物吸收的太阳能在某波段上的辐射光， 该值可作为植物健康状况的标志。
色素浓度：叶绿素 a和褐色素浓度之和，常用 C表示。
水中各重要成分浓度变化→水体吸收和散射光学性 质变化→离水辐射度变化→传感器接收信号发生变化。
水色遥感过程：通过大气校正，得到离水辐射，再 根据各成分浓度与离水辐射之间的相关关系，反演得到 各水色要素浓度。
2020/4/7
5.2 海洋水色遥感机理
※.海洋水色遥感的正演与反演
2020/4/7
5.2 海洋水色遥感机理