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内陆水体后向散射系数模拟研究

张婷 | -> | 954| 1| 436.52MB |半分析方法,光学闭合原理,后向散射系数,最佳参考波长,影响因子

张婷 张婷 | 文档量 |浏览量51239

摘要: 在利用半分析方法结合光学闭合原理模拟水体后向散射系数的过程中,参考波长的选择对最终结果有较大影响. 为了得出最佳参考波长的影响因子,利用太湖、巢湖和滇池的野外实测数据,对后向散射系数进行模拟,进而分析水体的最佳参考波长与其对应的水质参数浓度之间的变化规律.同时,建立了太湖、巢湖和滇池水体的后向散射系数曲线的幂函数光谱模型,获得的光谱指数分别为2. 643 ± 0. 317、2. 719 ± 0. 242、1. 638 ± 0. 534. 结果表明: ①以整个湖泊为研究对象时,最佳参考波长随着湖泊水体中总颗粒物浓度cSPM、有机颗粒物浓度cSPOM和叶绿素浓度cCHL平均值的增大而向长波方向移动,太湖、巢湖和滇池水体的最佳参考波长分别为695、720 和730 nm; ②以单个湖泊的各个样点为研究对象时,由于内陆湖泊光学特性的复杂性,最佳参考波长的影响因子存在一定差异,但cSPM是一个共同的影响因子. 此外,过高的cCHL将削弱水质参数浓度与最佳参考波长间的规律性; ③在以无机颗粒物为主的水体中,后向散射系数与总颗粒物浓度之间存在更好的相关性,如在太湖水体中,R2 达到0. 852.
    光线进入水体后,受到吸收和散射2 种作用的影响,可用吸收系数、散射系数、后向散射系数、体散射函数和散射相函数等进行表征. 这些参数的光学特性和外界光场变化无关,只和水体组分的浓度与成分有关,因此被称为固有光学参数[1]. 它是生物光学模型的重要输入参数,对它的光学特性的研究是进行水色遥感的基础. 2002 年Lee 等[2]提出了一种基于辐射传输原理估算水体吸收和后向散射系数的半分析方法,国内外已有诸多学者利用该算法开展了研究[3 ~ 12],主要包括对算法的检验、应用和改进,对研究区域固有光学特性的分析等. 但需注意的是,各学者在模拟不同水体的后向散射系数时往往采用不同的参考波长,Le 等[12] 指出在应用半分析算法时,需根据不同水体的光学特性及其时空变化特征,选用不同的参考波长,如Lee 等[2]采用了555nm 和640 nm 作为参考波长,其中640 nm 对应的是高吸收水体,Lubac 等[6]则以532 nm 和650 nm 作为参考波长,乐成峰等[3] 根据太湖水体的吸收特性,将参考波段确定为715 nm. 虽然目前普遍认为,在高吸收水体中,参考波长的选择需要向长波方向移动从而获得更好的反演结果[2,3],但是有关参考波长的影响因子以及针对特定湖泊该如何确定最佳参考波长却鲜有报道. 因而,本研究利用太湖、巢湖、滇池的野外实测数据,对各湖泊水体的后向散射系数进行模拟,尝试分析最佳参考波长的影响因子,并对以上3 个湖泊水体后向散射系数的光学特性进行分析,以期为我国内陆湖泊水体后向散射系数的模拟和研究提供方法参考和数据基础.
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