二類水體

二類水體

在海色遙感領域為了研究方便,通常海水被分為兩類,即一類水體和二類水體。按照此定義,一類水體其光學性質的變化主要由浮游植物及其附屬物決定的,二類水體其光學性質的變化不僅受浮游植物及其附屬物的影響,而且也受其它物質如外生的粒子和外生的有色可溶有機物的影響。一般情況下,大洋的水體為 一類水體,沿岸水體為二類水體 。

釋義

海水按其光學性質的不同可劃分為一類水體(Case1 waters)和二類水體(Case2 waters)。一類水體的光學特性主要由浮游植物及其伴生物決定,典型的一類水體是大洋開闊水體。二類水體的光學特性主要由懸浮物、黃色物質(又稱有色可溶性有機物-CDOM:Coloured DissoIved Organic Matter)決定,這類水體主要位於近岸、河口等受陸源物質排放影響較為嚴重的地方。二類水體是與人類關係最密切、受人類活動影響最強烈的海域,其水色因子懸浮物、葉綠素和黃色物質等則是影響海水環境的重要成分,是海洋環境的重要參數。如果能從水色遙感資料可靠地推算出懸浮泥沙、葉綠素和黃色物質含量,將使我們得以對近海、河口環境進行實時、長周期、大範圍的監測和研究。

一類、二類水體的劃分方法

Bricaud&Morel提出了1種劃分一類水域和二類水域的方法。這種方法的基本原理是:560nm處的海面遙感反射比Rrs(560)的變化主要反映的是水體顆粒物散射係數的變化。因為,在560nm浮游植物的吸收最小,而有色可溶有機物和其它顆粒物的吸收很弱。根據這個原理,Bricaud&Morel建立了一個判據區分這兩類水體,即Rrslim(560)與色素濃度的關係。在某一色素濃度下,如果Rrs(560)<Rrslim(560),則該水體為一類水體;如果Rrs(560)>Rrslim(560),則該水體為二類水體。這種方法的缺點有2個:

(1)對於有色可溶有機物高的Ⅱ類水體,該水體的類型不能正確被劃分;

(2)該方法需要首先估算水體的葉綠素濃度,對於一類水體,這種估算是可行的(蘭綠比值)。但對於二類水體,蘭綠比值法得出的葉綠素濃度值將被嚴重高估。因此,根據這些信息可能得出錯誤的分類。

除上述方法外,我國研究者根據不同海域現場測量的數據,提出了1個劃分一類和二類水域的方法。該方法基於1個簡單的判據,即Rrs(510)/Rrs(412)=1.5。當Rrs(510)/Rrs(412)<1.5時,該水體應為一類;當Rrs(510)/Rrs(412)>1.5時,該水體應為二類。研究者用MERIS海色感測器2003年4月16日採集的中國海的1幅圖像,經大氣校正後,利用該方法對中國海水體進行了分類。結果表明,這種分類方法是有效的。

二類水體的水色反演算法

二類水體的光學屬性受幾種物質共同影響,而且許多情況下二類水體對入射光具有很大的散射作用。因此已有的一類水體反演算法並不適用於二類水體,需要設計新的算法來研究二類水體。

經驗公式法

經驗公式是建立在實驗數據基礎上的,通過建立水體光學性質和水體組分濃度之間的定量關係,即通過測量水體表面的光譜輻射特徵和水體中各組分的濃度而建立的。

模型算法

模式算法(Model based Approaches)利用生物光學模式描述水中組分與離水輻射之間的關係,利用輻射傳遞模型模擬光在大氣和海洋中的傳播。這些模式在海水的不同組分、大氣的不同狀態下計算水面或大氣頂TOA(Top of the Atmosphere)的模擬光譜,然後建立反演算法,求解海水組分。目前正在發展的模式算法主要有代數方法、非線性最佳化方法、主成分方法和神經網路方法等。

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