蒙特卡洛方法模拟水体光学特性技术研究

作     者：郭凯 

作者单位：国家海洋技术中心 

学位级别：硕士

导师姓名：李铜基;朱建华

授予年度：2015年

学科分类：07[理学] 0707[理学-海洋科学] 070701[理学-物理海洋学] 

主      题：蒙特卡洛方法 正演模型 水体光谱 遥感反射率 海洋光学特性 

摘      要：海洋水色光谱研究,是海洋水色应用研究的基础,对水色算法开发、水体光学特性理论研究起着重要作用。本文通过建立基于蒙特卡洛方法的水体光学特性正演模型,对海洋水色光谱进行初步研究,验证了模型的正确性,并将模型应用于我国黄东海区域和探究水色三要素对于水体光谱影响的研究,为以后进一步进行海洋水色理论和应用研究打下基础。本文以光在水体中的辐射传输为基础建立蒙特卡洛模型,旨在通过建立海水光学特性的正演模型,模拟研究各种类型水体光谱特征及水下光场的分布特征及其成因。本文主要运用蒙特卡洛方法,将光子在水体中可能发生的物理过程进行抽象讨论并简化为一系列随机事件,通过模拟统计大量光子的运动过程得到水体的表观光学特性,内容主要围绕模型中光子经历的重要物理过程的模拟实现以及应用模型对水体光学特性的研究。利用本文建立的模型,能够通过水体的固有光学特性或水体主要成分的浓度通过蒙特卡洛方法得到水体的表观光学特性,例如水体的遥感反射率、下行/上行辐照度和辐亮度等,有利于研究水体光谱特征以及水体固有光学特性与表观光学特性之间的关系,通过与经典模型的对比能够证明本模型的正确性。将本模型应用在我国黄东海区的近岸水体,并将模拟结果与实测数据进行对比分析发现,两者在水体遥感反射率光谱以及下行辐照度剖面具有较好的一致性,说明本模型在该海区具有一定适用性。利用模型研究不同水色要素的浓度变化对于水体光谱的影响,结果表明水体的光谱对三要素变化的敏感程度不同,各波段对于水色三要素的浓度改变的敏感程度也有所差异。