东海叶绿素浓度反演算法Hyper.ppt

东海叶绿素浓度反演算法研究 一、叶绿素浓度监测意义 （1）全球气候变化 海水叶绿素浓度反映水体浮游生物数量，浮游生物在 阳光照射下发生光合作用，吸收CO2 而放出O2，所以通过 叶绿素的监测，可以了解海洋吸收CO2 的能力，也就是说 海洋在缓解全球气候变暖的作用。目前美国已完成了全球 海洋叶绿素的季节分布图、年分布图和多年平均分布图的 制作，并已公布于众。 一、叶绿素浓度监测意义 （2）海洋初级生产力 海洋浮游生物是海洋生物的食物链之源，浮游生物在 光合作用下，吸收的CO2 与水分子结合会转化为葡萄糖（C6H12O6），再和其他碳氢化合物结合而转化为更高级 的碳氢化合物，如淀粉、纤维素等。海洋初级生产力定义为 海洋浮游生物光合作用的速率。中国各海区的叶绿素和初级 生产力的研究，已取得了较快的发展。总的看来，东海区的 浙江沿岸上升流、台湾浅滩上升流区和台湾海峡中、北部的 初级生产力较高；渤海湾和南海中部以南的海区的初级生产 力较低，这个变化趋势与世界其他同类各海区的情况是一致 的。 一、叶绿素浓度监测意义 海洋初级生产力的研究意义： A、了解海洋生命，如鱼、虾、贝类的潜在产量。 B、了解海洋在全球碳循环中的作用。 C、了解海区水体水质，如营养程度及赤潮机理等。 一、叶绿素浓度监测意义 （3）海洋富营养和赤潮预报 海洋浮游生物的数量既取决于光照、水温也取决于水体营养程度。光照、水温与季节地区关系密切；水体营养程度既取决于水温和低部营养水上升，又取决于陆上江河入海的营养盐数量。当水体营养度超过限度，也就是说水体富营养，此时浮游生物会急剧增加，叶绿素浓度也相应地急增。通过对叶绿素浓度的监测，可以判断该海域是否处于富营养状态。 一、叶绿素浓度监测意义 （4）赤潮预报 当水体处于富营养状态时，浮游生物会不断增长，水体液态氧严重不足， 使大批海洋生物（如鱼虾贝类）死亡，导致赤潮灾害发生。赤潮发生除了富营养 的先决条件以外，还与许多因素有关，如水温、水流、光照等，目前关于赤潮发 生的机理尚不十分清楚。 海洋遥感学家相信，通过卫星对赤潮监测的资料积累，终究会提示赤潮发生 的机理。国内外对卫星遥感探测赤潮方法已有众多研究，这些方法从原理上可分 为两类：一是基于赤潮水体光学特性的海洋水色遥感探测（叶绿素浓度增加）， 二是利用赤潮发生过程中水体温度异常的热红外遥感探测。 遥感数据与赤潮信息之间是非线性的，用通常方法是难以建立这种非线性关 系的，但应用人工神经网络方法却可以得到较为满意的映射函数。人工神经网络 方法提取赤潮信息时，既借鉴了先验知识（训练样本），又充分考虑到不同目标 信息在遥感数据中的特征，其结果的表达更为合理和准确。在获得一定代表性赤 潮水体信息的基础上，人工神经网络方法实时处理能力使赤潮的实时监测有望实 现。 二、目前业务化应用叶绿素反演模型 二、目前业务化应用叶绿素反演模型 目前卫星海色遥感在中国海存在的问题： 一是标准大气校正算法在中国海失效， 传统的“黑象素”假设不在成立，蓝波段离水辐亮度被明 显的低估； 二是由于中国海属于陆架海又受到三大河流的影响，近岸 区域富含泥沙悬移质、有色可溶有机物CDOM，使得在大洋 水中得到成功应用的传统叶绿素浓度反演算法（如SeaWiFS OC2、OC4ver4 等）在中国海不再有效。 三、东海叶绿素浓度反演算法 3.1 实验基础： 为了改善 SeaWiFS 标准大气校正算法处理结果，最终发展 适用于东海的叶绿素浓度反演的经验算法，我们在2002 年9 月、2003 年9 月参与两次“973”航次，在东海进行了 Hyper-TSRB 现场试验以及叶绿素浓度的同步测量。 三、东海叶绿素浓度反演算法 3.1 实验基础： 海面高光谱辐射计(Hyper-TSRB)直接测量的光学参数有： 一是海面向下的辐照度E-d； 二是向上的辐亮度L-u。 结合海面高光谱辐射计Hyper-TSRB 在水下部分0.65m 深 度算法，利用仪器附带的数据处理软件Prosoft可以间接得到归 一化离水辐亮度Lwn 和遥感反射比Rrs。 三、东海叶绿素浓度反演算法 3.1 实验基础： 三、东海叶绿素浓度反演算法 3.1 实验基础： 三、东海叶绿素浓度反演算法 3.2 东海SeaWiFS 大气校正结果修正 通过把 1998 年7 月JGOFS 航次、2002 年9 月973 航次、 2003 年9 月973航次的Hyper-TSRB 实测数据处理得到的各波 段遥感反射比和时空匹配的SEAWiFS 卫星资料经过标 准大 气校正算法处理得到