海洋白帽的高空间分辨率光学遥感估算分析

摘要

海洋白帽是海面波浪破碎的直观表现,反映了海面风速等海洋动力环境情况,是海气交换的重要通道,也是海洋研究关注的重点目标之一。海洋白帽对入射光具有较强的反射散射作用,随着海洋光学遥感空间分辨率的提高,海洋白帽能被有效识别与区分。在空间分辨率为10 m的哨兵2号卫星（Sentinel-2）多光谱成像仪MSI （Multi-Spectral Instrument）数据的近红外波段（842 nm）中,不同风速下的海洋白帽影像特征清晰;基于海洋白帽对入射光的辐射传输过程与图像特征,本研究利用一种白帽覆盖率的光学遥感估算方法,实现了MSI弱耀光反射图像上的白帽覆盖率估算。研究表明:（1）基于MSI数据估算的海面白帽覆盖率,在无其他海洋环境动力的影响下,能进一步用于海面风速的遥感反演,且具有较高的空间分辨率;（2）其他海洋动力环境要素,能对海面波浪的破碎程度产生调制作用,因此海洋白帽的识别提取也有助于海洋环境动力遥感监测;（3）海面强耀光反射会对海洋白帽遥感带来较大的干扰,导致海面白帽覆盖率的高估,有效剔除耀光反射是提高海洋白帽识别提取精度的重要前提。对中国首个海洋水色业务卫星星座（海洋一号C/D卫星,HY-1C/D）获取的海岸带成像仪CZI （Coastal Zone Imager）数据开展分析,结果表明,在无其他海洋环境动力的调制下,当风速约高于9 m/s时,海洋白帽能为CZI载荷探测并区分,白帽覆盖率随着风速的增加而增加;CZI瑞利校正反射率图像的统计分析还表明,白帽反射率会比背景海水反射率高约5.8%—8.3%;对CZI图像中海洋白帽的深入研究,不仅为大气校正提供数据参考,也有助于光学遥感对海洋环境的深入理解与应用开发。随着海面白帽光学遥感的不断深入,今后将能为海面风场反演、海洋环境动力监测、海气交换评估提供新的技术方法参考。