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二类水体中船舶含气泡尾迹海水表观光学特性的测量与分析

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遥感学报 2008年第1期12卷 15-22页

作者：张宇张永刚王华张旭海军大连舰艇学院军事海洋系辽宁大连116018

通过海上试验测量船舶含气泡尾迹海水表观光学特性及物理特征,定量分析在二类水体中尾迹气泡对海水表观光学特性(例如归一化离水辐亮度、遥感反射率)的影响。通过比较含气泡尾迹海水遥感反射率与ASTER可见光、近红外波段辐射计辐射分辨... 详细信息

通过海上试验测量船舶含气泡尾迹海水表观光学特性及物理特征,定量分析在二类水体中尾迹气泡对海水表观光学特性(例如归一化离水辐亮度、遥感反射率)的影响。通过比较含气泡尾迹海水遥感反射率与ASTER可见光、近红外波段辐射计辐射分辨率,证明了卫星光学遥感船舶含气泡尾迹的适用性。这些工作可为利用星载光学传感器遥感的途径获取船舶尾迹信息提供理论依据。试验证明,在可见光和近红外波段,船舶含气泡尾迹不仅在幅度上也在谱形上改变海水表观光学特征,尾迹气泡使得海水变得更绿。同时,随着观测点在尾迹中位置距目标船越近,气泡密度不断增大,反射率也随之增强。但是,由于二类水体中其他悬浮颗粒浓度较高,增强了后向散射,因此气泡所引起的海水表观光学特性的变化没有想像中明显。相比较而言,海水愈混浊,船舶尾迹在海水中引起的水色变化愈不明显。

关键词：船尾迹气泡二类水体表观光学特性

二类水体表观光学特性的测量与分析——水面之上法方法研究

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海洋技术 2004年第2期23卷 1-6,23页

作者：汪小勇李铜基唐军武杨安安国家海洋技术中心天津300111 国家卫星海洋应用中心北京100081

水体光谱特性的测量与分析是海洋水色遥感的基础工作之一。水体光谱特性包括两个方面 :表观光学特性和固有光学特性。现场直接获取表观光学特性有剖面法和水面之上法。在多次现场试验的基础上 ,主要针对二类水体从误差来源的角度来对水... 详细信息

水体光谱特性的测量与分析是海洋水色遥感的基础工作之一。水体光谱特性包括两个方面 :表观光学特性和固有光学特性。现场直接获取表观光学特性有剖面法和水面之上法。在多次现场试验的基础上 ,主要针对二类水体从误差来源的角度来对水面之上法进行方法研究。同时 ,借鉴一类水体水面之上法的多种数据处理方法 ,对二类水体水面之上法的数据处理方法进行探讨。

关键词：二类水体表观光学特性水面之上法海洋水色遥感

牟平观测平台水体表观光学特性测量功能设计与实现

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海洋技术学报 2021年第6期40卷 1-8页

作者：李铜基马超飞朱建华刘廷杨安安国家海洋技术中心天津300112 国家卫星海洋应用中心北京100081

牟平观测平台是我国水色卫星产品检验最基础的现场设施之一,该平台为实现长期的业务化、高质量海洋水色卫星产品检验工作提供了现实基础和技术保障。本文简要介绍了牟平观测平台建设的基本情况,重点介绍了平台上水体表观光学特性测量功... 详细信息

牟平观测平台是我国水色卫星产品检验最基础的现场设施之一,该平台为实现长期的业务化、高质量海洋水色卫星产品检验工作提供了现实基础和技术保障。本文简要介绍了牟平观测平台建设的基本情况,重点介绍了平台上水体表观光学特性测量功能的设计与实现,并利用现场航次比测试验(20200611)中船基ASD实测数据与平台上搭建的2种水体表观光学测量系统同步观测数据进行了比对分析,此外对2020年4月29日至9月30日平台搭载的2种水体表观光学测量系统同步观测数据进行了互比分析。研究结果表明:平台上搭建的2种水体表观光学测量系统能够按照标准的观测几何要求,实施无人值守自动观测,测量获得遥感反射率的比对呈现较好的一致性,验证了平台在水体表观光学特性的基本测量功能。

关键词：表观光学特性观测平台测量功能设计真实性检验海洋水色

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湖泊光学研究进展及其展望

湖泊科学 2011年第4期23卷 483-497页

作者：张运林中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室南京210008

从湖泊光学研究理论框架、研究方法、水体生物光学特性、有色可溶性有机物(CDOM)生物地球化学循环、光与浮游植物相互关系、沉积物再悬浮光学效应、湖泊水色遥感等几个方面全面回顾了湖泊光学研究进展.湖泊光学研究理论框架主要包括各... 详细信息

从湖泊光学研究理论框架、研究方法、水体生物光学特性、有色可溶性有机物(CDOM)生物地球化学循环、光与浮游植物相互关系、沉积物再悬浮光学效应、湖泊水色遥感等几个方面全面回顾了湖泊光学研究进展.湖泊光学研究理论框架主要包括各光学组份吸收、散射、漫射衰减及辐射传输方程;近年来,逐步发展了野外时空格局调查、水动力水华过程连续观测、生物光学参数高频自动监测、室内模拟控制实验等相结合的一系列研究方法;水体生物光学特性方面,开展了大量不同类型湖泊水体颗粒物吸收、散射、后向散射、漫射衰减、真光层深度的野外测定,获得了固有、表观光学特性之间相互关系以及与光学组份浓度之间定量关系;CDOM生物地球化学循环方面,利用CDOM光谱吸收、三维荧光技术定量表征了CDOM空间分布、来源、组成差异、消除途径及对紫外辐射衰减影响程度;光与浮游植物相互关系方面,获得UV-B辐射对浮游植物生长影响,发展了浮游植物初级生产力计算的垂向归纳模型;沉积物再悬浮光学效应方面,发现沉积物再悬浮显著影响光场结构,降低透明度和真光层深度进而降低湖泊初级生产力;湖泊水色遥感方面,建立了湖泊水质参数悬浮物、叶绿素a浓度及浮游植物、CDOM吸收系数等遥感反演算法,并应用到卫星影像对富营养化湖泊蓝藻水华开展遥感监测.最后,基于以上几个方面湖泊光学的研究现状,从微观和宏观不同层面就湖泊光学研究进一步发展做出了展望.

关键词：湖泊光学固有光学特性表观光学特性有色可溶性有机物初级生产力

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中国近海海洋光学特性及其分布

中国海洋大学学报（自然科学版） 2014年第1期44卷 104-111页

作者：汪小勇李铜基周虹丽毕大勇国家海洋技术中心天津300112

在"我国近海海洋综合调查与评价"的光学调查项目中,通过2006年夏季、冬季和2007年春季、秋季的中国近海海洋光学调查试验,获取了表观光学资料、固有光学资料和相应的辅助资料。利用这些数据,开展了中国近海海洋光学特性及其分布研究工作... 详细信息

在"我国近海海洋综合调查与评价"的光学调查项目中,通过2006年夏季、冬季和2007年春季、秋季的中国近海海洋光学调查试验,获取了表观光学资料、固有光学资料和相应的辅助资料。利用这些数据,开展了中国近海海洋光学特性及其分布研究工作。(1)通过分析特征波段遥感反射比(Rrs(412)和Rrs(490))的分布情况,发现主要河口有着明显的区域性和季节性变化特点。(2)通过分析遥感反射比光谱资料,发现了不同区域遥感反射比光谱体现了不同的特点,而且成因不同。(3)通过分析400nm水色要素吸收系数分布情况,发现了河流陆源物质输入对近岸非色素颗粒物分布特性有重要影响,其次对黄色物质也有很大的影响,而浮游植物及其腐烂降解的产物对水体中黄色物质浓度产生的影响不大。(4)通过分析400nm水色三要素吸收系数占总吸收系数比例,发现不同海区光学特性的主要影响要素也各不相同。

关键词：海洋光学表观光学特性固有光学特性中国近海

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乳蛋白溶液的表观光散射特性研究

中国测试 2013年第3期39卷 48-50页

作者：丁国超李维民尚廷义周真哈尔滨理工大学测控技术与仪器省高校重点实验室黑龙江哈尔滨150080 哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院黑龙江哈尔滨150080 黑龙江八一农垦大学信息技术学院黑龙江大庆163319

根据吸收介质中近场散射辐射的非指数形式吸收及牛乳中乳蛋白的类球形结构,应用表观吸收参量从理论上分析乳蛋白溶液的表观散射、表观吸收以及它们的总和,即表观消光等光散射特性。所得表观理论值与实际消光值在粒度参数小于10的情况下... 详细信息

根据吸收介质中近场散射辐射的非指数形式吸收及牛乳中乳蛋白的类球形结构,应用表观吸收参量从理论上分析乳蛋白溶液的表观散射、表观吸收以及它们的总和,即表观消光等光散射特性。所得表观理论值与实际消光值在粒度参数小于10的情况下误差小于0.1%,若将表观散射参量应用到乳蛋白含量的测量,将大大提高测量结果的准确度。

关键词：吸收介质光散射表观光学特性辐射传输乳蛋白

太湖梅梁湾水体中藻蓝蛋白的提取及其光学特性研究

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太湖梅梁湾水体中藻蓝蛋白的提取及其光学特性研究

作者：张静南京师范大学

学位级别：硕士

藻蓝蛋白是蓝藻的特征色素蛋白,是湖泊水体中水质变化和水华监测需要重点关注的指标之一。本文选择太湖梅梁湾为研究区域,以室内培养的纯藻种为参照,对不同提取方法下的太湖梅梁湾水体中藻蓝蛋白的提取效果,以及太湖水体与室内藻种的藻... 详细信息

藻蓝蛋白是蓝藻的特征色素蛋白,是湖泊水体中水质变化和水华监测需要重点关注的指标之一。本文选择太湖梅梁湾为研究区域,以室内培养的纯藻种为参照,对不同提取方法下的太湖梅梁湾水体中藻蓝蛋白的提取效果,以及太湖水体与室内藻种的藻蓝蛋白提取差异进行评价分析。在此基础上,基于2011年春季和夏季太湖梅梁湾的4次调查数据,探讨了梅梁湾水体中藻蓝蛋白的吸收特性、浓度变化,及其与叶绿素a浓度的关系。同时,分析了不同季节梅梁湾水体的表观光学特性,并通过回归分析建立了梅梁湾水体中藻蓝蛋白浓度的估算模型,为太湖蓝藻水华监测、内陆湖泊水色遥感的研究提供基础支撑。主要研究结论如下：(1)太湖梅梁湾水体中藻蓝蛋白的实验提取基于藻蓝蛋白的光谱吸收特征和浓度值,对比评价了反复冻融法、超声波法、溶胀法、丙酮法对藻蓝蛋白的提取效果。结果表明,反复冻融法的藻蓝蛋白提取效果明显优于其他3种方法,可推荐为一种太湖蓝藻水样中藻蓝蛋白的实验室提取方法。太湖水样和室内培养的铜绿微囊藻在磷酸盐缓冲液加入顺序、冷冻温度、冻融次数上存在差异。对于太湖水样,在冻融前加入缓冲液、-50℃的冷冻温度、9次-11次的冻融次数条件下藻蓝蛋白效果较佳。(2)春夏季梅梁湾水体中藻蓝蛋白的光学吸收特性随采样时间的变化,相同采样点的藻蓝蛋白的光学特征均存在差异。春季太湖梅梁湾湖区水样(4月19日和5月19日)620nm左右的吸收峰信息微弱,表现出非藻类色素颗粒物为主导的光学特性。夏季水样(7月30日和8月20日)在620nm处的藻蓝蛋白特征峰明显,水样的藻蓝蛋白吸收峰在604nm-628nm间波动。受叶绿素复合蛋白影响,8月20日采集的部分样品在670nm附近出现吸收峰。此外,各月采集样品在350nm-500nm光谱区间的吸光度均呈衰减模式,且衰减斜率不同。(3)春夏季梅梁湾水体中藻蓝蛋白浓度的变化及其与叶绿素a浓度的关系不同季节,太湖梅梁湾湖区的藻蓝蛋白浓度具有不同的空间分布和变化特征。春季采集的两期太湖水样的藻蓝蛋白含量较低且变化不大,空间变化上没有明显的差异。夏季梅梁湾湖区各采样点的藻蓝蛋白浓度普遍较高。7月30日和8月20日采集水样的藻蓝蛋白含量变化在0.03mg/L-2.55mg/L、 0.03mg/L-61.96mg/L之间。8月20日直湖巷附近样点水样的藻蓝蛋白浓度为调查期间最高水平。此外,梅梁湾湖区西南部样点的藻蓝蛋白含量均较低,在调查期间不足0.1 mg/L。总体上看,叶绿素a浓度与藻蓝蛋白浓度的变化基本一致,但不同月份藻蓝蛋白浓度和叶绿素a浓度值的相关性存在差异。春季采集的两期太湖水样的藻蓝蛋白浓度与叶绿素a浓度之间的相关性较低;夏季水样中二者的相关性较显著：与7月30日水样相比,8月20日的样品中二者具有更高的相关性,表明藻蓝蛋白浓度能更好地指示蓝藻水华信息。(4)梅梁湾水体的表面光谱特征及其藻蓝蛋白浓度反演太湖梅梁湾水体春季表现出非藻类颗粒物主导型的遥感反射率光谱特征;夏季整体上呈现出由浮游藻类主导的二类水体光学特性。根据归一化遥感反射率与水体悬浮物浓度的相关性分析,并结合遥感反射率的变化,最终确定46011nm、620nm、670nm、709mn为夏季梅梁湾水体的藻蓝蛋白浓度敏感波长。通过回归分析建立的R624波段与光谱基线的差值与藻蓝蛋白浓度的相关性较好。

关键词：藻蓝蛋白吸收光学特性表观光学特性蓝藻水华梅梁湾

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南黄海光学特性研究

南黄海光学特性研究

作者：吴弘厦门大学

学位级别：硕士

光学技术在海洋科学应用中不断发展,中国海典型Ⅱ类水体由于其水体浑浊与成分复杂性,成为海洋光学研究中的前沿和难点。论文以2013年夏季在南黄海现场测量的光学数据为基础,研究其固有及表观光学特性,探讨生物光学算法在南黄海对叶绿素a... 详细信息

光学技术在海洋科学应用中不断发展,中国海典型Ⅱ类水体由于其水体浑浊与成分复杂性,成为海洋光学研究中的前沿和难点。论文以2013年夏季在南黄海现场测量的光学数据为基础,研究其固有及表观光学特性,探讨生物光学算法在南黄海对叶绿素a、POC浓度反演的可行性与适用性,以及南黄海光学特性的区域化环境意义。首先,根据仪器特性和最新研究成果对航次采集的海洋固有及表观光学数据进行处理,包括：吸收系数(a-Sphere仪器测量数据及样品定量滤膜技术QFT);后向散射系数(HS-6仪器测量数据的Sigma校正及海水散射温盐校正);离水辐亮度(C-OPS仪器测量数据计算);遥感反射比(C-OPS仪器测量数据计算);漫衰减系数(C-OPS仪器测量数据计算推导)。以及海水生物化学数据处理,如叶绿素a浓度(荧光光度法)、POC浓度(元素分析法)等。在数据处理的基础上,找出南黄海海底再悬浮特征区域(123-125°E,32-34°N),分析南黄海表层水清浊过渡情况(近岸到远岸),并推测长江口东海特征水团的入侵。对各光学量进行关系研究,发现遥感反射比Rrs(A)与吸收系数a、后向散射系数bb分波段拟合效果较好,且绿光波段拟合相关系数最高。在漫衰减系数Kd490的算法上进行经验统计算法和半分析算法的分析对比,结果表明对于较清洁水体,经验统计算法反演性能较好,对于Kd490全范围,QAA算法较为精准。接着,在反演叶绿素a浓度的浮游植物吸收光谱生物光学模型中,发现Bricaud的440nm波段和Carder的675nm波段的算法高估了叶绿素a的浓度;经验统计算法方面,数据结果表明OC4算法不适用于南黄海水域,建立基于Clark模型的南黄海叶绿素a浓度与MBR的反演算法。基于遥感反射比蓝绿波段比值的POC反演,在南黄海Ⅱ类水体依然有较高的适用率,但单波长两步经验算法并不适用。研究后向散射系数与水文条件的关系,发现bb的变化与温盐跃层存在良好关系。最后,根据南黄海水文、水团、海流、陆源、海底沉积等因素,在空间分布上将南黄海分为五个区域：长江口冲淡水区、黄海暖流区、南黄海冷水团区、青岛冷水团区以及苏北浅滩区。并对各个区域的光学特性进行定性定量分析。

关键词：固有光学特性表观光学特性南黄海算法环境意义

液态吸收介质中牛乳脂肪颗粒粒径反演方法研究

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液态吸收介质中牛乳脂肪颗粒粒径反演方法研究

作者：段浩松黑龙江八一农垦大学

学位级别：硕士

在微粒物光学检测中,无机分子的检测已经非常成熟,但是在有机分子检测方面并没有太大进步,尤其是溶于液态介质中的有机分子,需要考虑介质对光的吸收作用产生的影响。Mie散射理论为研究球形颗粒与光之间相互作用所产生的散射、透射、反... 详细信息

在微粒物光学检测中,无机分子的检测已经非常成熟,但是在有机分子检测方面并没有太大进步,尤其是溶于液态介质中的有机分子,需要考虑介质对光的吸收作用产生的影响。Mie散射理论为研究球形颗粒与光之间相互作用所产生的散射、透射、反射等现象提供了理论依据,计算时颗粒物的介质被假设为非吸收介质,而现实中介质往往对光有吸收作用。本文的研究目的是探索基于光全散射法的准确快速反演算法,测量吸收介质中颗粒物的粒径大小及分布情况,解决目前光全散射法中存在的反演过程复杂、速度慢,不稳定等问题,以及介质对光的吸收作用产生的影响问题,使光全散射法对吸收介质中颗粒物的粒径测量得到发展。本文从颗粒物粒径测量方法出发,对比各种方法选择光全散射法为理论基础,以牛乳脂肪颗粒模拟液为研究对象,将表观光学特性应用到光全散射法中,测量牛乳脂肪颗粒的粒径大小及分布情况。主要的研究内容包括:1通过考虑溶液中介质对光的吸收作用,利用表观光散射理论进行计算,正面推导表观消光系数,利用该消光系数对消光值进行计算,将表观光学参数应用到特征波长的提取上,同时通过免疫粒子群算法计算模拟消光值与设定消光值之间的误差的方法寻找最佳特征波长。结果表明,该方法所选取最佳特征波长可以同时应用到非独立模式算法和独立模式算法上,且适用于符合单峰和双峰分布函数的颗粒系,能够有效地解决波长选取问题。2改进了标准的遗传算法,引入了多种群遗传算法,解决了遗传算法中常见的早熟收敛问题。同时将多种群遗传算法与Tikhonov平滑泛函结合,考虑介质对光的吸收作用,引入表观光学参数,选取正则化的目标函数进行反演。通过多次对比仿真实验结果表明,采用该方法进行颗粒粒径分布反演,弱化了颗粒粒径反演方程的病态程度,增强了颗粒粒径分布反演过程的稳定性。3配制了牛乳脂肪颗粒模拟液,搭建了颗粒光学实验系统,对配制的牛乳脂肪颗粒模拟液进行实测数据的采集。利用所获取的数据对上述方法进行了实验验证,并与利用马尔文粒径检测仪测得的粒径分布结果进行对比分析。结果表明,利用本文中提到的两种反演算法计算得到的索太尔平均粒径分别是4.8206和4.8962,与利用马尔文粒径检测仪检测的平均粒径值5.075对比,相对误差分别是-5.01%和-3.52%,符合国家标准要求。

关键词：光全散射法表观光学特性多种群遗传算法反演粒径分布