赤潮生消过程中的水体固有光学性质分析

在珠江口海域海洋光学浮标实验中获取一次聚生角毛藻赤潮生消过程的水体光学数据和相应的生化数据.利用该数据,分析了赤潮生消过程中水体光谱吸收和后向散射等光学性质的时间序列变化.研究发现,在赤潮生消过程中,浮游植物色素、非藻类颗粒物以及黄色物质等水体组分吸收变化显著,赤潮爆发期各组分光谱吸收增强并达到最大值,赤潮消亡期各组分...     

基于水体光谱特性的赤潮分布信息MODIS遥感提取

赤潮监测对于赤潮治理、预防,减少赤潮危害有着重要作用.通过分析东海赤潮多发区域实测遥感反射率曲线,比较赤潮水体与非赤潮水体的光谱特性差异,发展了一种针对MODIS传感器的赤潮水体分布信息遥感提取方法.应用实测资料对提取方法进行验证,发现在119组实测数据中,只有一组不能正确识别.将算法应用于MODIS卫星资料,对200...     

基于光学浮标的赤潮生消过程半分析监测方法

赤潮爆发时水体叶绿素a质量浓度升高,引起浮游植物吸收系数、光束总吸收系数等水体固有光学性质(IOP)的变化,并导致水体表观光学性质(AOP)的改变。海洋光学浮标可实现水体表观光学性质的定点连续时间序列观测,基于此发展相应的模型方法有望实现赤潮生消全过程的监测。利用一次赤潮生消过程的海洋光学浮标数据,发展了一种赤潮半分析监测方法。该方法首先由光学浮标数据得到的水体光谱漫衰减系数Kd(λ)和遥感反射率rrs(λ),结合经验确定的水下光场平均余弦进行水体光束总吸收系数a(λ)的半分析估算,然后再半分析反演浮游植物吸收系数aph(λ)和叶绿素a质量浓度。经检验,该方法估算a(675),aph(675)和叶绿素a质量浓度的中值相对误差分别为8.6%,34.9%和38.9%。将本方法与半分析方法(QAA)和统计回归方法进行了对比分析,本方法的优势在于反演精度较高,所采用的经验参数大都源自辐射传输理论计算、不依赖于浮标数据且对反演结果的影响有限。     

水体细菌微生物多波长散射光谱快速定量检测

通过分析细菌细胞的结构特征,将细菌菌体的多波长散射分为外部结构散射和内部结构散射两个部分,建立了细菌菌体前向散射光谱解释模型。利用该模型对大肠杆菌400～900 nm波段的前向散射光进行了快速解析,得到了大肠杆菌外部结构、内部结构的平均粒径大小及两结构占细菌体前向散射的比例;基于单细胞的散射光密度与整体细菌悬浮液光密度之间的关系可以快速检测出细菌的浓度。多次细菌浓度测量结果之间的最大差异为1.83%,且与平板法相比较,测量结果在同一量级,相对误差为3.44%。对不同生长时期的大肠杆菌和肺炎克雷伯菌进行了光谱解析,得到了两种细菌浓度及菌体大小随时间的变化曲线。研究结果不仅为细菌微生物生长过程的科学研究提供了一种快捷方法,而且为水体细菌微生物的快速检测与预警提供了技术手段。     

水体细菌微生物多波长透射光谱解析模型EI北大核心CSCD

细菌多波长透射光谱包含有细菌结构、组分、浓度等信息,这些特征信息的有效提取是实现细菌微生物快速识别与检测的基础。以水体常见的大肠埃希氏菌(大肠杆菌)为研究对象,采用紫外-可见分光光度法获得了其多波长透射光谱;基于Mie散射理论,在充分考虑水体大肠杆菌散射和吸收特性的基础上,构建了240~900nm波段范围内细菌微生物多波长透射光谱的解析模型;基于该模型对250~750nm特征波段范围内的光谱进行解析,获得了大肠杆菌的体积、粒径、结构及浓度等相关参数,并将这些参数与文献及实验得到的结果进行了对比验证。结果表明,建立的多波长透射光谱解析模型能够准确表征水体细菌微生物的光谱特征,该模型可为水体细菌微生物的快速识别分析和检测提供关键数据。     

赤潮光谱特征及其形成机制

采用海面以上光谱测量方法 (Above water method),利用美国FieldSpec® Dual VNIR光谱仪测量了丹麦细柱藻、中肋骨条藻、海洋褐胞藻等三种浮游植物赤潮以及红色中缢虫这一原生动物赤潮的离水辐射光谱数据。强调赤潮与正常海水的光谱差异在于687～728 nm波段的特征反射峰,指出了浮游植物赤潮与原生动物赤潮间的显著光谱差异,并认为可据此进行某些赤潮种类的遥感识别。给出了浮游植物赤潮光谱反射峰、吸收峰成因;红色中缢虫这一原生动物引起的水色异常,与其体内的共生藻类及浮游植物色素碎屑有关;其摄食偏好、与藻类的共生特性研究以及藻类常温下的荧光发射特性研究,将有助于加深对于红色中缢虫赤潮光谱成因的认识。     

多次散射的分级计算及数值模拟

本文改进了多次散射的计算方法并提出了一个引理,经简化的数值模拟其结果与巳发表的实验数据相吻合.     

溶解有机物三维荧光光谱技术在赤潮藻识别中的应用

将赤潮藻生长过程中产生的荧光溶解有机物(fluorescent dissolved organic matter,FDOM)的三维荧光光谱与主成分分析相结合,尝试建立了我国沿海10种常见赤潮藻的识别测定技术.用主成分分析提取三维荧光光谱第一主成分载荷谱作为识别特征谱,建立了浮游植物荧光特征谱库,在此基础上利用Bayes...     

基于SVM方法的赤潮生物优势种航空高光谱识别

赤潮生物优势种的航空高光谱识别可为快速鉴别赤潮及其毒性提供技术基础,为赤潮灾害程度的定级提供支持。文章提出了基于支持向量机(SVM)的赤潮生物优势种航空高光谱识别模型,并以2001年7月16日,2001年8月19日和8月25日的赤潮高光谱数据为例,开展了识别模型的实验应用。识别结果表明：在参考光谱具有较大动态范围的前提下,发展的赤潮生物优势种航空高光谱识别模型不仅能够获得较高的分类精度,而且不受高光谱数据维数高的限制。     

传感器光谱指标对植被光谱模拟精度的影响

高光谱卫星数据模拟是卫星遥感数据模拟的重点研究方向,基于星载多光谱数据和地物光谱先验知识是一种快速模拟高光谱数据的方法,但数据模拟精度受传感器光谱指标的限制。文章针对EO-1/ALI的可见光/近红外波长范围进行实验,研究了波段数量、半波宽度和波长位置等光谱指标与植被光谱模拟精度的关系,分析了两者之间的变化规律。研究表明,光谱指标决定了植被光谱特征提取,是影响光谱模拟精度的直接原因。文章总结了适于光谱重构模型的光谱参数范围,实验结果有利于提高植被光谱模拟精度。该结论可用于多光谱传感器的性能评价及其分光滤色结构的改进。     

Monte Carlo simulation of light scattering from size distributed sub-micron spherical CdS particles in a volume element

Simulation of polarized light scattering by spherical particles having modal radius of 180 nm is presented in this paper. A Monte Carlo method which is based on the Stokes-Mueller formalism developed in ANSI Standard C-language is used for simulation. Single scattering is considered in our program with monodispersed sub-micron sized spherical CdS particles. We have considered only θ dependent scattering as described by Mie theory for spherical CdS particles. The experiments for studying light scattering properties of these particles were conducted in a designed and developed laser based light scattering studies setup. The simulation results were compared with experimental results and theoretical results obtained purely from Mie theory. The closeness of agreement or disagreement between these results is discussed in this paper.     

微小颗粒的光散射数值模拟

简单介绍了以经典Mie理论为基础的光散射测量技术在颗粒直径和颗粒浓度测量中广泛的应用。分别以Mie理论和离散偶极子近似理论(DDA)为基础, 用数值计算方法分析了球型颗粒的光散射特性，给出了微小颗粒对平行入射光散射的强度函数和散射偏振度的数值计算方法。得到了强度函数和偏振度随相关物理参量变化的三维图，为微小颗粒散射研究提供了一种三维视图。计算结果表明：当尺度参量x＜4时，2种方法所得结果差异不大；随尺度参量增大，2种方法所得结果出现较大差异。与经典Mie理论相比，由于离散偶极子近似理论可以解决各种形状的颗粒散射问题，其应用前景更广泛。     

基于零折射磁性特异电磁介质的波前调控

本文基于二维磁性柱周期阵列设计了具有等效零折射率的磁性特异电磁介质. 通过多重散射理论计算体系的光子能带和等效介质理论提取体系的等效电磁参量可以确定该磁性特异电磁介质可以实现等效介电常数和等效磁导率同时为零. 利用该双零磁性特异电磁介质可以实现电磁波在无相位延迟下的传输, 从而可以调控电磁波的空间相位变化. 进而, 通过设计具有不同电磁波输出界面的构型实现了高斯光束的波前由平面转变成柱面, 还可以实现高斯光束的聚焦和高斯光束的分束. 也可以根据需要设计具有更为一般的输出界面, 实现更为多样的电磁波波前的调控. 而且, 磁性材料的电磁特性可以通过温度和外加磁场进行调制, 因此该双零磁性特异电磁介质的工作频率可以灵活控制, 这更便于电磁波器件的设计和应用.     

基于双粒子耦合的单层介质柱阵列对电磁波的调控

基于Mie散射理论和多重散射理论探讨了亚波长介质柱阵列对电磁波的调控. 研究结果表明: 当在全反射的单层介质柱阵列中引入一个空位缺陷时会产生12%的透射; 如果在入射一侧再引入一合适的介质柱时, 其透射率可增加至36%, 为空位缺陷时的3倍; 当在出射一侧对称位置处引入另一完全相同的介质柱时, 可以调制透射电磁波的模式, 虽然总的透射率没有增加,但向前散射的电磁波能量明显增强. 采用这种双粒子耦合体系, 在金属柱的表面等离激元共振频率附近也可以实现类似的效果. 这些体系结构简单、易于在实验上实现, 这对于太赫兹甚至光频段的光子集成线路中的元件设计和光束调控很有意义.     

科技考古课程教学中紫外可见吸收、分子荧光光谱实验教学设计

学习紫外可见吸收光谱、分子荧光光谱相关基础知识,并掌握相关实验操作和数据分析技能是科技考古专业研究生培养环节中的重要组成部分。针对目前科技考古专业研究生实际情况,通过设计紫外可见吸收光谱、分子荧光光谱实验对紫外可见吸收光谱、分子荧光光谱教学进行初步探索,取得较好效果。     

基于光谱分析技术的作物中杂草识别研究

除草剂的精确喷施、物理方法精确除草皆依赖于杂草的自动识别.光合色素和结构差异导致作物、杂草的光谱反射率不同,因此不同植物可以利用光谱特性来区分.利用ASD光谱仪在室内分别测量了棉花、刺儿菜、水稻、稗草等四种植物在350～2 500nm波段范围内的光谱反射率.运用SAS统计软件的STEPDISC过程筛选能够区分作物和杂草的波长;判别模型中加入筛选所得特征波长,利用Discrim蚰过程进行判别分析.实验结果表明,利用3个特征波长385,415和435 nm有效地从双子叶植物棉花中识别出双子叶杂草刺儿菜,其识别率为100%,波长415和435nm的组合对识别模型的贡献最大;利用5个特征波长375,465,585,705和1 035 nm可有效地从单子叶植物水稻中识别出单子叶杂草稗草,其识别率也为100%,黄色到橙色的过渡波长585nm和"红边"内的波长705nm的组合对识别模型的贡献最大.     

面向高保真印刷的特征光谱提取与匹配方法研究

快速、准确的进行光谱重建是高保真印刷复制研究的难点。针对多个基色参与复制造成颜色在光谱表征和油墨配比之间转换模型复杂的问题,提出了一种用于高保真印刷的特征光谱提取和匹配方法。该方法利用光谱的导数变换对印刷基色油墨的特征光谱波段进行了筛选和提取,在此基础上提出了特征光谱的多阈值编码算法;针对高保真印刷中的分区判断问题,利用导数平均特征光谱表示各分区特征,并通过目标光谱与各分区的导数平均特征光谱的光谱匹配算法,解决了高保真印刷中的分区判断问题。实验结果表明,提取的特征光谱波段能够显著代表各个基色的光谱特征,基于特征光谱的色彩转换模型精度高于基于全波段的色彩转换模型;光谱匹配算法在判断分区上达到了很高的精度,极大的提高了效率,具有较高的实用性。     

油砂混合水体后向散射系数光谱贡献分离算法Ⅰ: 实验理论

在石油类污染水体中,油会吸附在悬浮颗粒物表面而形成一个双层结构,影响水体后向散射系数光谱特征, 分离水体石油类物质与悬浮颗粒物对后向散射系数光谱的贡献, 能提高水体石油类污染后向散射理论模型的准确性。将美国Wyatt公司生产DAWN HELEOS Ⅱ18角度散射测量仪、美国SEQUOIA公司生产的LISST-100x B粒径仪和美国Hobilabs公司的后向散射仪HydroScat-6 Sprctral Backscattering Sensor(HS6)联动观测,构成后向散射系数光谱测量系统,分别测量不同水样的散射强度电压值、粒径分布及粒径浓度、后向散射系数等参数,提出了利用Mie散射理论计算未知折射系数物质的体散射函数β(λ,θ)的新思路及分离后向散射系数光谱的算法。选择已知折射系数m的石英砂作为颗粒物与采自不同油田区域的油污水进行配比,获取不同特性水样,测定相关数据。首先, 根据Mie散射理论计算出各样本对应的水体体积散射函数β(λ,θ);其次,建立的DAWN HELEOS Ⅱ 18角度激光散射仪测定散射强度对应的电压值V(θ)转化为体积散射函数β(λ,θ)的关系式;再次,根据最优化方法估算出油砂混合的等效折射系数m_os以及油的折射系数m_o;最后,利用β(λ,θ)和估算的m_os值及m_o计算出各类样本的后向散射系数b_b(λ),分别建立油污水b_b,o(λ)和石英砂b_b,s(λ)与油砂混合总b_b,os(λ)的分离算法。分离算法的建立一方面提高了水体石油类污染后向散射理论模型的准确性,另外一方面拓展了米散射理论在海洋水色遥感中的应用。