赤潮水体中有机与无机颗粒物后向散射相互作用机制及遥感反演

The chlorophyll concentration is the main parameter for red tide recognition in the red tide monitoring. But as the chlorophyll-a content of different bloom algae is not the same and the cell density is the primary indicator in-situ monitoring, that make it do not estimate the red tide area correctly by using the existing red tide remote sensing inversion model. Positive correlations between the particle density and the backscattering coefficients were observed，that provide a new method for the red tide remote monitoring. This study will research the variation characteristics and changing mechanisms of the backscattering spectrum for different kind of particles, find out the internal relationships among the backscattering coefficients, organic particles, mineral suspended sediment and remote sensing reflectance in the red-tide water, build inorganic particle inversion model of the red tide water. On this basis, the innovative red-tide remote sensing reversion model will be also established in this study. The study will make abundance of the spectrum data of case 2 water, accelerate the accumulation of the phytoplankton backscattering data and provide a basis for the development of remote sensing reversion model. That is proved to be practical and of reference value for improving accuracy of red tide detection.

目前在赤潮卫星遥感监测中，判断赤潮的主要依据是叶绿素浓度。由于近岸二类水体光学性质复杂，导致利用叶绿素浓度反演算法较难有效识别近岸赤潮。申请者在前期研究中发现藻种的细胞密度与后向散射有很强的相关性，该结论为赤潮遥感探测提供一个新的途径。本课题以研究赤潮水体后向散射变化特性为出发点，深入探讨赤潮水体中藻类颗粒物和无机颗粒物后向散射相互作用机制，揭示赤潮水体无机颗粒物、藻类颗粒物、后向散射和遥感反射之间的内在联系，在此基础上，结合在轨的水色卫星改进和提升现有的赤潮遥感探测算法。该研究不仅有助于丰富特定的二类水体——赤潮水体的固有光学特性理论认识，也有助于提高赤潮遥感探测的精度，同时对提高我国赤潮卫星遥感业务化应用水平具有十分重要的意义。

本项目以研究赤潮水体的后向散射变化特性为出发点，探讨藻种颗粒物和无机颗粒物后向散射相互作用机制，建立了赤潮水体藻种细胞数遥感反演算法。项目研究内容已按计划全部完成，达到了预期的研究目标，取得的主要研究成果如下：. 1．分析了赤潮水体无机颗粒物和藻类颗粒物后向散射相互作用机制.通过理论研究分析，水体的无机颗粒物的后向散射信号强度要高于水体有机颗粒物。在进行近岸非赤潮水体类型和赤潮水体颗粒物的后向散射系数、后向散射比率、后向散射效率以及比后向散射系数的变化的研究时，分析了总悬浮颗粒物、无机颗粒物、有机颗粒物对后向散射的影响作用。得出以无机颗粒物为主的近岸水体，其单位颗粒物后向散射系数明显高于赤潮水体，但是无机颗粒物含量升高，其后向散射效率反而减小；同时，赤潮水体有机组分含量升高时，颗粒物后向散射效率进而会增大。这一结论为水色遥感反演研究奠定了良好的理论基础。. 2. 建立藻种细胞数与后向散射关系模型. 本项目在进行优势藻、次优势藻种细胞数对后向散射影响作用分析时，得出优势藻种的细胞数与水体叶绿素比后向散射系数以及后向散射效率之间有非常好的相关性，并建立了细胞数与后向散射之间的相关系模型。. 3. 建立赤潮水体优势藻种细胞数反演模型. 本项目在具体分析了藻种的细胞数、无机颗粒物、后向散射、遥感反射之间内在联系基础之上，结合在轨的MODIS和NPP两个卫星数据的特点，尝试多种波段组合，建立了赤潮水体细胞数遥感反演算法，并将反演结果与现场数据进行了比对分析，得出NPP反演获取的结果精度相对较高，从趋势看，与实际现场赤潮发生范围基本吻合。该研究成果对赤潮藻种识别及提高赤潮监测准确度具有重要的应用价值和实际意义。