水下悬浮浒苔海面光谱响应的辐射传输模拟

浒苔分布的大范围遥感监测是应对浒苔灾害的迫切要求.对于海面漂浮浒苔,已基本实现了有效的光学遥感监测.针对水下悬浮浒苔情形,开展了海面光谱响应的辐射传输模拟研究,分析了海而光谱随浒苔厚度、悬浮深度、水体浑浊度以及环境条件的变化规律.研究发现:随浒苔悬浮深度、水体浑浊度的增加以及浒苔厚度的减小,海而光谱所包含的浒苔信息减弱,海水颜色(光谱主波长和纯度)也随之发生变化;水气界面粗糙度、云覆盖程度以及太阳天顶角等环境因素的影响可忽略;可引起海面光谱变化的浒苔最大悬浮深度,在黄海清洁水体中约为30 m,在浑浊水体中约为1 m.     

黄海浒苔灾害遥感立体监测

2008年夏天,浒苔在黄海、东海海域第一次大规模爆发,成为自然灾害,严重威胁了第29届青岛奥帆赛的正常举办.利用卫星、航宅、船舶等不同平台的遥感方式对浒苔灾害进行实时、连续、动态的立体监测.首先介绍了立体监测系统的构成;然后在通过对浒苔、海水灾害现场光谱测量的基础上分析浒苔光谱特征,并结合多平台、多传感器、多光谱遥感数...     

浑浊二类水体的高分四号卫星大气校正效果分析

高分四号卫星是我国首颗高空间分辨率地球静止卫星,在浑浊二类水体的遥感定量监测方面应用潜力很大。为评价高分四号多光谱数据经大气校正后水体反射率的精度,以太湖为研究区,使用同步MODIS数据辅助的Gordon单次散射改进算法,对2016年7月21日和2016年8月17日两景高分四号多光谱数据进行大气校正,并通过与地面同步实测光谱数据、以及地球静止水色卫星GOCI数据大气校正结果的协同比对,验证高分四号多光谱数据的大气校正效果,为该卫星产品的水色遥感应用提供借鉴和参考。结果表明,红光B4波段校正精度最高,平均绝对误差(MAPE)为10.71%;绿光B3波段校正精度次高,MAPE为13.21%;近红外B5波段校正精度次低,MAPE为33.06%;蓝光B2波段校正精度最低,MAPE为53.55%。其中B3,B4和B5波段校正精度高于GOCI,主要原因在于高分四号的空间分辨率远高于GOCI,混合像元导致的精度误差相对较小,充分显示了高分四号作为一颗高空间分辨率地球静止卫星在水色遥感方面的优势;而B2波段低于GOCI,表明高分四号的蓝光波段尚有改进空间,今后有必要对该波段进行重新定标等处理;在未得到有效处理的情况下,水色遥感应用应尽量避开该波段。总体而言,高分四号多光谱数据校正精度较高,可以较好的应用于内陆二类浑浊水体的定量遥感监测。     

2008年—2012年山东半岛海域浒苔时空分布特征研究

浒苔是我国近海一种新型的海洋生态灾害,自2008年以来,每年5—8月份在黄海海域周期性暴发与消亡,给沿海地区造成不同的环境影响和经济损失。基于2008年—2012年五年的MODIS数据,计算了山东半岛海域长时间序列NDVI,利用阈值分割法提取浒苔信息,并进一步获得爆发的时间、面积、相对聚集密度、影响范围及浒苔漂浮路径。结果表明：2008年以来各年浒苔最早发生在5月中旬至6月上旬,6月中旬至7上旬进入爆发期,浒苔面积、影响范围及浒苔密度达到最大值,其相对聚集密度峰值一般早于或晚于爆发期一个生长阶段,最终于7月下旬或8月上旬进入消亡期,平均持续时间约为71天。浒苔漂浮路径整体为从东南外海逐渐开始向西北近海海域靠近。从浒苔面积、影响范围、相对聚集密度等多项指标综合看,2008年和2009年两年浒苔爆发较为严重。     

杭州湾水体光谱高频观测及在悬浮物动态变化监测中的应用

现场光谱观测是水色遥感真实性检验的基础。传统基于航次站位观测获取的水体光谱数据少,难以满足快速变化的近岸水体遥感产品真实性检验的需求。为此,国际上开始发展水体光谱连续观测系统,但目前近岸水体光谱连续观测系统仍较少,特别是在高浊度、高动态的水体。针对该问题,在杭州湾建立了一套基于海上塔台的高浑浊水体光谱高频观测系统。该系统每3 min获取一次水体光谱数据,实现与过境卫星观测时间的匹配。本文重点开发了基于海上塔台特点的水体光谱高频观测数据的处理方法,实现了晴空、耀斑、阴影、弱光照等自动判别,并对处理结果进行了检验。结果表明,塔台观测获得的归一化离水辐亮度光谱与船测结果具有较高的一致性,相关系数大于0.99, 平均相对误差为9.96%。此外,对塔台水体高频观测系统的长期观测能力进行了评价,结果表明,尽管系统运行一年之久,系统与便携式地物光谱仪ASD同步观测获得的水体归一化离水辐亮度在谱形和数值上一致性均较好,相关系数大于0.90,平均相对误差为6.48%。同时,利用系统高频观测的水体光谱可有效监测悬浮物浓度随潮汐的快速动态变化。杭州湾塔台水体高频观测系统为进一步开展浑浊水体水色卫星遥感产品真实性检验提供了丰富的现场光谱数据,特别是高时间分辨率的静止轨道水色卫星遥感产品的真实性检验。     

杭州湾水体光谱高频观测及在悬浮物动态变化监测中的应用（英文）

现场光谱观测是水色遥感真实性检验的基础。传统基于航次站位观测获取的水体光谱数据少,难以满足快速变化的近岸水体遥感产品真实性检验的需求。为此,国际上开始发展水体光谱连续观测系统,但目前近岸水体光谱连续观测系统仍较少,特别是在高浊度、高动态的水体。针对该问题,在杭州湾建立了一套基于海上塔台的高浑浊水体光谱高频观测系统。该系统每3min获取一次水体光谱数据,实现与过境卫星观测时间的匹配。本文重点开发了基于海上塔台特点的水体光谱高频观测数据的处理方法,实现了晴空、耀斑、阴影、弱光照等自动判别,并对处理结果进行了检验。结果表明,塔台观测获得的归一化离水辐亮度光谱与船测结果具有较高的一致性,相关系数大于0.99,平均相对误差为9.96%。此外,对塔台水体高频观测系统的长期观测能力进行了评价,结果表明,尽管系统运行一年之久,系统与便携式地物光谱仪ASD同步观测获得的水体归一化离水辐亮度在谱形和数值上一致性均较好,相关系数大于0.90,平均相对误差为6.48%。同时,利用系统高频观测的水体光谱可有效监测悬浮物浓度随潮汐的快速动态变化。杭州湾塔台水体高频观测系统为进一步开展浑浊水体水色卫星遥感产品真实性检验提供了丰富的现场光谱数据,特别是高时间分辨率的静止轨道水色卫星遥感产品的真实性检验。     

城市河网尺度的水体光谱指数适宜性分析研究

城市地表水是城市生态环境的重要组成部分,地表水环境高光谱遥感是高光谱遥感的重要应用方向,水体提取是地表水环境高光谱遥感的第一步,其主要任务是从高光谱遥感数据中提取地表水水体轮廓。基于光谱指数的水体提取方法充分利用光谱信息,计算简单,实现容易,提取效果优异。归一化植被指数(NDVI)、归一化水体指数(NDWI)、高光谱差异化水体指数(HDWI)和基于指数的水体指数(IWI)等光谱指数已经广泛应用于湖泊、大江大河等开阔水体提取。近些年来,随着成像光谱技术的发展,高光谱遥感数据的获取能力也突飞猛进,空间分辨率和光谱分辨率不断提高。与江河湖基本在流域内沿地形分布不同,城市地表水一般细小,纵横交错,形成河网。在高光谱遥感数据用于城市体表水提取时,其面临的图像空间分辨率、地物类型和地物复杂等,与江河湖水体提取有很大不同。因此,需要对这些常用的光谱指数在城市地表水提取中的适宜性进行评价。以此做为出发点和目标,以河网密布的江南水乡中国浙江省嘉兴市为研究对象,以应用型航空成像光谱仪(Airborne imaging spectrometer for applications, AISA)获取的高空间分辨率机载高光谱遥感数据为数据源,通过Youden指数确定最佳阈值,将总体分类精度、错分误差、漏分误差、Kappa系数作为衡量指标,分析评价了NDVI,NDWI,HDWI和IWI 4种光谱指数在城市河网提取中的适宜性。结果表明,阴影与水体光谱变化趋势类似,是造成水体提取过程中高错分误差的主要因素。四种指数都可以准确抑制落在植被中的阴影,但无法有效抑制落在建筑物中的阴影。HDWI虽然可以在一定程度上抑制建筑物中的阴影,但是无法有效地抑制亮建筑物背景。通过对不同类型水体和阴影（笼罩下地物）光谱的进一步分析,虽然水体和阴影光谱曲线变化趋势相似,均在560～600 nm附近存在波峰,但是水体和阴影波峰高度存在差异,水体波峰值较大而阴影波峰值较低。因此,通过充分挖掘水体和阴影在560～600 nm处光谱反射信息,有望进一步抑制建筑物阴影,提高城市河网水体提取精度。     

渤海近岸水体后向散射系数反演模型

水体后向散射系数bb是重要的海洋光学参数,在以悬浮物为主要组分的浑浊二类水体中,其对于水体光学性质起着决定性的作用,该参数的遥感反演对于海洋光学与水色遥感研究具有重要意义.利用2005年渤海近岸水体实测数据集,建立了基于水体遥感反射率光谱数据的后向散射系数bb(λ)经验反演模型(λ=442 nm,488 nm,532 nm,589 nm,676 nm),经实测数据检验,bb(442)和bb(589)反演平均相对误差约为30%;bb(488)和bb(676)反演半均相对误差优于40%;bb(532)反演半均相埘误差约为57%.通过分析模型对于输入误差的敏感性发现,当输入端引入±5%的误差时,模型反演值的误差波动在绝大多数情形下可控制在±10%以内,模型足稳定可靠的.模型适用于渤海近岸浑浊水体,可用丁水体光学参数的时空分布特征分析以及基丁固有光学参数的水色组分遥感反演.     

应用ICP-MS法研究我国三种经济海藻中稀土元素含量

为探讨我国主要经济海藻中稀土元素的含量及分布特征,应用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）对我国海藻主产地采集的30份海带、30份紫菜和15份浒苔样品的15种稀土含量进行检测研究。检测结果表明不同海藻中稀土元素含量不同,浒苔中15种稀土元素的总量最高,为16 012.0 ng·g-1,海带和紫菜中的含量相当,分别为3 887.4和4 318.1 ng·g-1。海带样品中15种稀土的含量在7.9～1 496.4 ng·g-1范围,紫菜中各稀土元素的含量范围为8.2～1 836.6 ng·g-1,浒苔中稀土元素含量最高,在19.2～6 014.5 ng·g-1范围,其中含量最高的三种稀土元素分别是铈Ce（6 014.5 ng·g-1）、镧La（2 902.9 ng·g-1）和钕Nd（2 601.0 ng·g-1）。不同海藻中不同种类稀土元素的含量分布不同,海带中平均含量最高的是Ce（1 496.4 ng·g-1）,其次为La（689.1 ng·g-1）,紫菜中平均含量最高的是Y（1 836.6 ng·g-1）,其次为Ce（682.8 ng·g-1）;浒苔中平均含量最高的是Ce（6 014.5 ng·g-1）,其次为La（2 902.9 ng·g-1）。三种海藻对轻稀土元素的富集能力远高于重稀土元素,海带、紫菜和浒苔中轻稀土元素分别占总稀土含量的90.9%, 87.3%和91.1%。浒苔富含稀土元素为浒苔资源的有效利用开辟新的研发方向,提供重要数据支持。     

鄱阳湖水体悬浮颗粒物散射光谱分解方法研究

内陆水体复杂性为水体悬浮颗粒物散射光谱分解带来难题,也制约着水色遥感理论算法的发展。以2009年鄱阳湖秋季观测数据为基础,提出一种二元简化主轴(ranged major axis,RMA)方法的水体悬浮颗粒物散射光谱分解模型,对鄱阳湖水体中悬浮无机颗粒物与有机颗粒物的散射光谱进行了提取研究。结果表明采用RMA方法建立的悬浮颗粒物散射光谱分解模型在鄱阳湖具有很好的分离效果,在高浑浊水体区域总悬浮颗粒物散射系数预测误差在15%以内,与现有方法相比具有明显优势。分解结果显示鄱阳湖悬浮颗粒物散射主要来自以伊利石/蒙脱石为主要成分的无机颗粒物,RMA方法能够反映占主导地位悬浮颗粒物的散射特性,可以为高浑浊水体散射模型与水色遥感反演算法的研究提供重要依据。     

Satellite retrieval of inherent optical properties in the turbid waters of the Yellow Sea and the East China Sea

<正>In situ-satellite match-ups of radiometric data are established in the turbid waters of the Yellow Sea and the East China Sea.Inherent optical properties(IOPs) are retrieved by match-up radiometric data and multi-band quasi-analytical algorithm(QAA).By comparing in situ spectra-retrieved IOPs with the satellite ones of moderate resolution imaging spectroradiometer(MODIS) and medium resolution imaging spectrometer(MERIS),the accuracy of satellite-derived IOPs is quantified.The median of the absolute percentage difference is found to be approximately 20%for the total absorption coefficient a_t(λ) at green and blue-green bands,and 30%for particulate material backscattering coefficient b_(bp)(λ) throughout the visible bands.The spatial pattern and temporal variability of IOPs along the eastern coast of China are clarified based on satellite images and the QAA model.     

结合GOCI数据反演近海浮游植物叶绿素和类胡萝卜素浓度

基于2016-2018年渤海、黄海和东海7个航次中米集的实测遥感反射率和浮游植物色素浓度数据,利用静止海洋水色成像仪(GOCI)遥感反射率产品建立中国近海水体中总叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素c、光保护类胡萝卜素和光合有效类胡萝卜素浓度的反演模型,并进一步得到2014-2018年渤海、黄海和东海各色素浓度分布图.研究结果...     

基于三维荧光光谱结合平行因子分析对春季北黄海有色溶解有机物的研究

利用三维荧光光谱(EEMs)结合平行因子分析(PARAFAC),对我国春季北黄海海水样品的荧光光谱进行了研究和分析。结果表明,北黄海有色溶解有机物(CDOM)中的荧光溶解有机物(FDOM)可分为四个组分,其中两组为类腐殖荧光组分c1(260,315/425)和c2(295,355/490),两组为类蛋白荧光组分c3(275/310)和c4(230,290/345)。四个组分之间不同程度的线性相关性说明了它们同源相似性,类腐殖质两组分之间的相关性最高,类蛋白质两组分次之。四个荧光组分和总荧光强度在平面分布和垂直分布都呈现近岸高,远岸低的趋势,同时除去陆源输入影响,海洋自身的水团运动和生物活动也影响着北黄海CDOM的分布。聚类分析进一步说明了北黄海不同区域的总荧光强度分布特征,也体现了整体上CDOM的均一性。荧光指数FI、腐殖化指数HIX和生源指数BIX在一定程度上指示了北黄海CDOM的来源,说明近岸区域陆源的影响较大,而向海一侧则受生物活动的作用影响较大,此结论与前述荧光组分的分布规律吻合。     

A Mössbauer investigation of the formation process of glauconite

Glauconites are of particular interest for the understanding of the characteristics of marine deposits. The glauconite formation processes in the sediments of the Yellow Sea and the East China Sea were investigated by Mössbauer spectroscopy. Valence states and lattice sites of the iron ions could be distinguished. The glauconization processes are accompanied by changes of isomer shift and quadrupole splitting of the Mössbauer isotope.     

Experiments of ocean surface waves and underwater target detection imaging using a slit Streak Tube Imaging Lidar

This letter describes a flash Lidar imaging technique that uses a streak tube camera as a receiver to detect short scale surface wave fields for oceanographic, underwater target and coastal measurements. The range and intensity imaging of short scale sea-waves and underwater targets can be supplied by this system through light reflected from the surface of the sea and targets. Through a surface scattering model, more accurate range and intensity information can be extracted. The technique can be applied to surface wave measurements and underwater target detection with high resolution. The feasibility of this technique is demonstrated by applying the technique to data acquired by shipborne Streak Tube Imaging Lidar (STIL) in the Yellow Sea and also the East and South China Seas.     

图像式海水小角度散射函数测量仪

根据海水辐射传递理论和光学信息处理方法所建立的海水水体点扩展函数（ＰＳＦ）和海水小角度散射函数之间的关系，研制了一台基于图像测量处理原理的新型现场海水小角度散射函数测量仪，通过对点扩展函数（ＰＳＦ）的测量及运用本文作者的计算方法获得了海水小角度散射函数。与以往的同类仪器相比，这台仪器具有０．０１°的角度分辨率、５％的精度，同时结构简单可靠，并已经获得了东中国海的典型海区的海水小角度散射数据。     

Precursor arrivals in the Yellow Sea, their distinction from first-order head waves, and their geoacoustic inversion

Measurements made as part of the 1996 Yellow Sea experiment at location 37 degrees N, 124 degrees E, undertaken by China and the U.S. are analyzed. Signals generated by explosive sources were received by a 60-m-length vertical line array deployed in waters 75 m deep. Evidence is presented that precursor arrivals measured at ranges less than 1 km are refracted waves that are zeroth order in their ray series classification, and this directly points to the existence of a gradient in sediment sound speed. In contrast, first-order head waves, which are much weaker in amplitude, would exist only if this gradient were absent. It is found that the energy spectrum of precursor arrivals agrees well with a zeroth-order model, i.e., it is proportional to the source amplitude spectrum, S(f), where f is frequency, rather than a first-order model, which would have it proportional to S(f)/f. From travel time analysis the sediment sound speed just below the water-sediment interface is estimated to be 1573 m/s with a gradient of 1.1 s(-1), and from analysis of the energy spectrum of the precursor arrivals the sediment attenuation is estimated to be 0.08 dB/m/kHz over the frequency range 150-420 Hz. The results apply to a nominal sediment depth of 100 m.     

Acoustic cavitation thresholds of sea water in different regions of the world ocean

Results of experimental measurements of acoustic cavitation thresholds are presented for the waters of the Atlantic Ocean, Pacific Ocean, Indian Ocean, Arctic Ocean, and some other parts of the World Ocean, including the Arabian Sea, Baltic Sea, East Siberian Sea, North Sea, Philippine Sea, Black Sea, Sea of Japan, Sea of Okhotsk, and South China Sea. The measurements were carried out by many oceanic expeditions between 1963 and 1987. General laws governing the variations in the cavitation strength of sea water over the World Ocean are revealed.     

Penetration of sound into the cold eddy of the Sargasso Sea

The results of an acoustic experiment performed in the Sargasso Sea are analyzed. The position of the receiving vessel was in a cold eddy. A 120-km-long acoustic path began in the warm waters of the Sargasso Sea and ended at the receiving vessel. Broadband sound signals were produced by 2.8-kg charges, which were fired at a depth of 290 m by another vessel moving at full speed. The interval between the explosions was 2.5 km. The signals were received by three independent hydrophones positioned at depths of 220, 600, and 1200 m. In processing the experimental data, the main attention was paid to the variability of the parameters of signals belonging to signal quartets with different numbers of bottom reflections. For these signals, on some segments of the path, a considerable intensity decrease (reaching 12 dB at frequencies above 200 Hz) was observed. For signals with different numbers of bottom reflections, the interval of distances corresponding to the intensity decrease was found to be determined by the same range of signal launch angles. It is concluded that the phenomenon under consideration is caused by the presence of a region with high horizontal sound velocity gradients, which correspond to the transition from the cold waters of the eddy to the warm waters of the Sargasso Sea. An attempt is made to reconstruct the shape of the frontal boundary.     

近海面大气光学湍流计算模型的比较与改进

通过在黄海北部某海域进行的海上大气光学湍流观测实验,对比分析了不同大气稳定度环境下四种大气光学湍流C2n计算模型的性能。针对中性和近中性环境下模型误差大的问题,基于温度折射率结构参数fT与稳定度的对应关系,利用实测数据和函数拟合,提出了一个新的fT函数形式。误差分析表明采用新的fT参数方案明显提高了C2n模型的计算精度,其性能大大高于其他几种计算模型。