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水体紫外谱段离水辐射特性的模拟研究

白若枫   2020-11-05

      近日,我室硕士生白若枫在国际光学领域知名期刊《Optics Express》上发表了水体紫外谱段离水辐射特性的论文,通讯作者为我室何贤强研究员。

      传统的水色卫星遥感主要集中于可见光、近红外、短波红外谱段,缺乏紫外谱段观测,主要受限于紫外光学探测器及臭氧吸收的影响。前期,何贤强研究员提出利用紫外波段观测进行高浑浊水体、富营化水体的大气校正思路,揭示了紫外谱段卫星观测的重要价值。目前,国际多个空间机构的卫星计划中大部分设置了紫外谱段观测,紫外水色遥感成为当前研究热点。本研究针对当前紫外谱段离水辐射特性定量认识缺乏的问题,基于大量辐射传输模拟进行了紫外水体辐射特性研究。研究利用Hydrolight模型,构建了紫外谱段的水体固有光学量参数化模型,将现有的可见光、近红外水体固有光学量模型拓展到紫外谱段,并构建了覆盖多种水体条件的紫外谱段水体光谱特性模拟数据集。
      基于模拟数据集,定量分析了不同水色要素对水体紫外光谱特性的影响(图1-3)。结果证明,叶绿素浓度和CDOM吸收系数的变化对紫外离水辐射有抑制作用,而悬浮泥沙浓度的变化在该波段下的作用相对较弱。此外,文章进一步研究了QAA算法遥感反射率与IOPs参数关系在紫外波段的适用性(图4),以及利用蓝光波段估算紫外波段遥感反射率经验公式的适用性(图5),结果证明二类水体下QAA算法参数可以适用于紫外波段,而估算紫外波段遥感反射率的经验公式则可能与地理区域相关。
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图1 Chl浓度对紫外水体辐射的影响

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图2 悬浮泥沙浓度对紫外水体辐射的影响

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图3 CDOM系数对紫外水体辐射的影响

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图4 三个参考紫外波段下rrs与u 的关系

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图5 三个参考紫外波段与蓝光波段遥感反射率的关系


论文引用:Bai, R., X. He*, Y. Bai, T. Li, Q. Zhu, and F. Gong (2020), Characteristics of water leaving reflectance at ultraviolet wavelengths: radiative transfer simulations, Optics Express, 28(20), 29714-29729, doi:10.1364/OE.401855.