基于Hydrolight的石油污染水体遥感反射比光谱特征分析

来源 :广东海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guigui1998
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水体石油类污染的问题在水体污染问题中尤为严峻,油类物质的存在会改变水体的表观和固有光学特性,进而影响水体生态系统。石油类污染水体的监测对于溢油事故的早期预警,预测以及辐射传输的研究都十分关键。而遥感技术是检测海上石油类污染的重要手段之一,其核心物理量-遥感反射比(Remote sensing reflectance,Rrs)是水体各组分光学特性的综合体现,联系了水体各组分的吸收特性和散射特性,反映了水体的生物化学特性信息。开展石油类污染水体的Rrs光谱研究,弄清油类物质对Rrs的影响,有助于完善水色遥感基础研究和应用研究的进程,为石油类污染水体的遥感探测机理研究,识别水体石油类污染模型和提高石油类浓度反演模型准确性建立奠定了基础。本文以石油类污染水体的Rrs作为研究对象,利用辐射传输模型Hydrolight模拟石油类污染水体单一组分和不同组分混合的Rrs光谱,探究油类物质浓度对不同水体成分的Rrs的影响。选取大连港沿岸海域的3个站点作为研究区域,进行了以下工作:1)基于大连港海域实测的含油水体固有光学量数据,计算油类物质的浓度、吸收系数和散射系数的垂向分布状况,并分析了油浓度随时间变化情况;2)探究了利用辐射传输模型Hydrolight进行含油水体辐射传输特性研究的可行性;3)利用Hydrolight模型,采用配比方法,对油沙藻单一组分和不同组分混合水体的Rrs光谱进行了模拟,探究了油类物质对Rrs的贡献;4)探究了Hydrolight模拟含油水体Rrs的有效性和对水色遥感算法的影响。结果表明:(1)辐射传输模型Hydrolight是研究石油类污染水体辐射传输特性的有效工具,对构建石油类污染水体油类物质浓度反演模型和提高相关生物光学模型的反演精度具有重要作用;(2)由于潮汐作用的影响,各站点油类物质浓度随时间的变化无明显规律;(3)仅含油类物质的水体中,Rrs随波长增加而降低,随油类物质浓度Coil的变化分两个特征波段:在400-480 nm波段范围内,Rrs随Coil的增加而减小。而在480-700 nm波长范围内,Rrs随Coil增大而增大;(4)在油沙混合水体中,当悬浮泥沙浓度Cspm较高时,Rrs的随Coil增大而减小,但Coil的影响只改变光谱的量值,不改变水体光谱形状;随着悬浮泥沙浓度Cspm的增加,Rrs量值会增大,且光谱形状发生明显改变;Rrs随Cspm增大,光谱变化特征类似悬浮泥沙的光谱特性;(5)在油藻混合水体中,Rrs随Coil的增加而增大,光谱形状变化不大;随叶绿素浓度Cchl的增大,光谱逐渐反映为叶绿素的光谱特性,但峰值区的增大程度受Coil影响;(6)在油沙藻混合水体中,Rrs光谱形状主要受悬浮泥沙影响,其次受叶绿素影响,油类物质对其的影响较小;叶绿素的存在限制了悬浮泥沙的“红移”现象;Coil对水体Rrs光谱形状的影响不大,但量值的改变与叶绿素的浓度Cchl和Cspm之间的大小有关。
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