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光谱学与光谱分析 2013年第6期33卷 1462-1467页

作者：戴红亮吕恒李云梅查桂红李晓俊王瑜南京师范大学教育部虚拟地理环境教育部重点实验室江苏南京210046

基于奇异衍射近似理论和Kramers-Kronig关系,通过实测铜绿微囊藻的吸收光谱数据和粒径分布估算出铜绿微囊藻折射率的实部和虚部,结合Mie散射理论,计算出铜绿微囊藻的吸收效率光谱、散射效率光谱。对比模拟结果与实验结果发现:该模型估... 详细信息

基于奇异衍射近似理论和Kramers-Kronig关系,通过实测铜绿微囊藻的吸收光谱数据和粒径分布估算出铜绿微囊藻折射率的实部和虚部,结合Mie散射理论,计算出铜绿微囊藻的吸收效率光谱、散射效率光谱。对比模拟结果与实验结果发现:该模型估算得到的散射光谱与实验的散射光谱之间误差为10.08%,吸收效率的误差为4.8%。从模拟结果与实测结果来看,均匀球形模型能够较好的重现铜绿微囊藻的吸收和散射特征。

关键词：铜绿微囊藻米氏理论均匀球形模型散射光谱

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淡水湖泊主要藻种的散射特性和理论模拟研究

淡水湖泊主要藻种的散射特性和理论模拟研究

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作者：戴红亮南京师范大学

学位级别：硕士

活体藻类在自然水体中扮演着重要的角色,由于其分布范围广,数量众多,通过光合作用,吸入二氧化碳,是很好的固碳方式之一,对于全球碳循环及碳储量的研究有重要意义。但是,当某些危害藻种大量富集到水体表层时,就会形成赤潮或水华,给生态... 详细信息

活体藻类在自然水体中扮演着重要的角色,由于其分布范围广,数量众多,通过光合作用,吸入二氧化碳,是很好的固碳方式之一,对于全球碳循环及碳储量的研究有重要意义。但是,当某些危害藻种大量富集到水体表层时,就会形成赤潮或水华,给生态环境带来巨大损害。通过遥感卫星影像监测藻类分布可以弥补传统监测的不足,进而就需要构建相应的藻类反演模型,这就必须要求对水体中相关藻类的生物光学特性有比较深入的了解。本文通过室内培养的方法,研究湖泊中主要淡水藻类固有光学特性,分析其影响因子及误差分析。同时,基于Mie理论和Aden-Kerker散射理论分别构建起铜绿微囊藻和小球藻均匀球形模型及两层球形模型,并进行固有光学特性的模拟。通过实测各藻种吸收、散射和后向散射系数值及叶绿素a浓度参数,发现蓝藻散射和后向散射能力最强,其次为硅藻,隐藻的能力最弱。蓝藻和硅藻的后向散射概率较高,绿藻和隐藻的后向散射概率值较低。后向散射概率的不确定性主要来源于测量及换算因子系数引入的误差。后向散射特性影响因子分析发现,影响后向散射值的主要有叶绿素a浓度及藻蓝蛋白色素比例因素,当叶绿素a浓度不断增加时其后向散射值不断增大;当藻类所含叶绿素a比重不断上升时,其后向散射值也不断增大。而细胞粒径对后向散射值的影响并没有表现出很好的相关性。根据Mie理论、奇异散射理论及Kramer-Kronig关系,结合粒径分布函数,研究不同藻类复折射率,进而对藻种进行均匀球形模型的正演。结果表明：吸收效率模拟与实测结果比较接近,小球藻相对误差最小为0.022%,均方根误差为0.000273;铜绿微囊藻其相对误差为4.8%,均方根误差为0.048;而平均散射效率因子,铜绿微囊藻相对误差和均方根误差为7.01%和0.01006,小球藻为5.9%和0.072。通过Aden-Kerker散射理论及Kramer-Kronig关系,考虑粒径多分散性,通过循环迭代方式确定各藻种两层球形模型复折射率及叶绿体体积比例,并进行两层球形模型的模拟。结果显示：铜绿微囊藻实测吸收效率模拟值与实测值之间平均相对误差为3.48%,均方根误差为0.043;散射效率模拟值与实测值之间平均相对误差为2.92%,均方根误差为0.034;而小球藻其实测吸收效率模拟值与实测值之间平均相对误差为10.6%,均方根误差为0.187;散射效率模拟值与实测值之间平均相对误差为10.2%,均方根误差为0.114。在基于散射理论模拟模型的基础上,运用等效粒径反演模型,反演出铜绿微囊藻和小球藻的粒径分布。最终铜绿微囊藻模型反演后的中心粒径为4.216um,其方差为1。对比拟合结果,其中心粒径的相对误差为21.57%,方差的相对误差为20.48%。小球藻经模型反演计算后,其模型反演中心粒径为3.31,方差为1.5。计算其对应的相对误差,中心粒径的误差为14.53%,方差的误差为16.67%。小球藻模型反演分布结果与实测值更为接近。

关键词：固有光学特性均匀球形模型两层球形模型 Mie散射理论 Aden-Kerker散射理论

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