太湖水体上行辐亮度衰减系数的变化特征及其机制分析

摘要

上行辐亮度携带了相关水体的光学信息,是水色遥感的信号源。本文以太湖水体的上行辐亮度衰减系数为研究对象,分别于2010春、秋两季在太湖区域进行野外试验,获取了实测光谱数据和相关的水质参数数据,在此基础上研究了春、秋季太湖水体上行辐亮度衰减系数的光谱特征和春、秋季不同生态类型的湖区水体上行辐亮度衰减系数的空间分布规律;构建了上行辐亮度衰减系数与有机悬浮物、无机悬浮物和叶绿素a浓度的多元线性回归方程,在此基础上分析各影响因子与其相关性大小;最后用多次散射的辐射传输模式,模拟了不同入射天顶角、吸收系数和散射系数条件下的上行辐亮度衰减系数,探讨了上行辐亮度的衰减机制。为太湖水体光学性质的研究和水色遥感反演精度的提高提供了理论依据。
　　主要的研究结果如下所述:(1)不同季节太湖水体上行辐亮度衰减系数的光谱特征春季和秋季太湖水体上行辐亮度衰减系数谱的变化趋势基本一致,在430~600nm波段,上行辐亮度衰减系数的谱形随波长的增大呈衰减变化,波长超过700nm,上行辐亮度衰减系数随波长的增大而递增,上行辐亮度衰减系数的谱形基本由吸收系数谱控制。
　　(2)不同湖区的上行辐亮度衰减系数的空间分布特征春季和秋季太湖水体上行辐亮度衰减系数在空间分布上存在着一定的差异,春季上行辐亮度衰减系数的变化趋势为:开阔水域区＞草型湖区＞典型藻型湖区＞草、藻过渡型湖区;秋季表现为:草、藻过渡型湖区＞开阔水域区＞草型湖区＞典型藻型湖区。
　　(3)上行辐亮度衰减系数与有机颗粒物、无机颗粒物和叶绿素a浓度的多元线性回归关系从有机颗粒物、无机颗粒物和叶绿素a浓度与上行辐亮度衰减系数的多元线性回归方程来看,春季和秋季无机颗粒物浓度与其相关性都是最好的,意味着无机颗粒物浓度对其影响最显著。
　　(4)上行辐亮度衰减系数变化规律的机制探讨上行辐亮度衰减系数随吸收系数的增大呈线性增加趋势,伴随散射系数的增大,其随吸收系数增大的斜率也递增;散射对衰减系数存在增强和减弱两种不同的影响过程,当吸收作用较小时,大入射天顶角的上行辐亮度衰减系数随散射系数的增大逐渐减小,随后再增大,而小入射天顶角的上行辐亮度衰减系数随散射系数基本呈现线性递增趋势,随着吸收作用的增大,这种变化的趋势逐渐消失;当散射系数与吸收系数之比介于0.5-37之间时,吸收系数对上行辐亮度衰减系数的贡献最大,介于0.903-0.985;当散射系数与吸收系数之比小于1.5时,天顶角对上行辐亮度衰减的贡献大于散射系数,贡献率分别为0.022-0.073、0.037~0.179;随着该比值的增大,散射系数的贡献逐渐大于天顶角,并趋于稳定。

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摘要

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第1章 前言

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标、研究内容及技术路线

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.3.3 技术路线

第2章 数据与方法

2.1 研究区概况

2.1.1 研究区地理位置和气候情况

2.1.2 太湖的水质情况

2.2 太湖野外试验和数据处理

2.2.1 采样时间和站点分布

2.2.2 水体光学参数获取和数据处理

2.3 水质数据获取

2.4 上行辐亮度衰减系数的模拟

2.4.1 散射引起的入射辐射的重新分布

2.4.2 多重散射对下行辐照度的作用以及向上辐亮度的传输模拟

2.4.3 不同入射天顶角、散射系数、吸收系数条件下的上行辐亮度衰减系数

2.4.4 上行辐亮度衰减系数的多元定量分析

第3章 水体上行辐亮度衰减系数季节变化特征

3.1 上行辐亮度衰减系数的光谱特征

3.1.1 春季上行辐亮度衰减系数的光谱特征

3.1.2 秋季上行辐亮度衰减系数的光谱特征

3.1.3 特征波段处上行辐亮度衰减系数的光谱特征

3.1.4 叶绿素a浓度对675nm波段处上行辐亮度衰减系数峰值波动的影响

3.2 水体各组分的光谱特征分析

3.2.1 吸收系数的光谱特征

3.2.2 散射系数的光谱特征

第4章 上行辐亮度衰减系数空间分布特征及影响因子研究

4.1 不同湖区上行辐亮度衰减系数的分布特征

4.1.1 春季不同生态类型的湖区上行辐亮度衰减系数空间分布特征

4.1.2 秋季不同生态类型的湖区上行辐亮度衰减系数空间分布特征

4.2 上行辐亮度衰减系数影响因子的多元线性回归分析

4.2.1 太湖春季和秋季的水质参数数据

4.2.2 上行辐亮度衰减系数与有机颗粒物、无机颗粒物和叶绿素A浓度的关系

第5章 上行辐亮度衰减系数变化规律的机制探讨

5.1 吸收系数对上行辐亮度衰减系数的影响规律

5.2 散射系数对上行辐亮度衰减系数的影响规律

5.3 太阳天顶角、散射系数及吸收系数对上行辐亮度衰减系数的贡献定量分析

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点和存在的问题

6.3 研究展望

参考文献

作者简介

个人简介

参加的科研项目

发表论文

获奖情况

致谢